ГК та ВО Росії
НГТУ
Кафедра ТМС
Курсова робота з
Техніці і технології в галузі.
Процеси зварювання
металів плавленням.
Факультет: Бізнесу
Група: ФБ-51
Студент: Авдакове Н.В.
Викладач: Куроєдов Ю.Б.
Новосибірськ
1997
Зміст:
Зварювання. Поняття, сутність процесу 3
Зварювання плавленням 4
Класифікація електричного дугового зварювання 6
Ручна дугова зварка і обладнання для неї 8
Технологія ручного дугового зварювання 10
Технологія газового зварювання 14
Додаток 17
Література 18
Зварювання. Поняття, сутність процесу.
Зварювання - це один з провідних технологічних процесів обробки металів. Великі переваги зварювання забезпечили її широке застосування в народному господарстві. За допомогою зварювання здійснюється виробництво суден, турбін, котлів, літаків, мостів, реакторів та інших необхідних конструкцій.
Зварюванням називається технологічний процес отримання нероз'ємних з'єднань шляхом встановлення міжатомних зв'язків між зварюються частинами при їх місцевому або загальному нагріванні, або пластичному деформуванні, або спільною дією того й іншого.
Зварне з'єднання металів характеризує безперервність структур. Для отримання зварного з'єднання потрібно здійснити межмолекулярное зчеплення між зварюються деталями, що призводить до встановлення атомарної зв'язку в прикордонному шарі.
Якщо зачищені поверхні двох з'єднувальних металевих деталей при стисненні під великим тиском зблизити так, щоб могла виникнути загальне електронне хмара, що взаємодіє з іонізованими атомами обох металевих поверхонь, то отримуємо міцне зварне з'єднання. На цьому принципі заснована холодне зварювання пластичних металів.
При підвищенні температури в місці з'єднання деталей амплітуди коливання атомів відносно постійних точок їх рівноважного стану збільшуються, і тим самим створюються умови більш легкого отримання зв'язку між сполучаються деталями. Чим вище температура нагрівання, тим менший тиск потрібно для здійснення зварювання, а при нагріванні до температур плавлення необхідний тиск стає рівним нулю.
Шматок твердого металу можна розглядати як гігантську молекулу, що складається з атомів, розміщених в строго визначеному, часто дуже складному порядку і міцно пов'язаних в одне ціле силами міжатомної взаємодії.
Принципова сутність процесу зварювання дуже проста. Поверхневі атоми шматка металу мають вільні, ненасичені зв'язки, які захоплюють всякий атом або молекулу, наблизився на відстань дії міжатомних сил. Зблизивши поверхні двох шматків металу на відстань дії міжатомних сил або, кажучи простіше, до зіткнення поверхневих атомів, отримаємо по поверхні зіткнення зрощування обох шматків в одне монолітне ціле з міцністю з'єднання цільного металу, оскільки всередині металу і по поверхні з'єднання діють ті ж міжатомні сили. Процес з'єднання після дотику відбувається мимовільно (спонтанно), без витрат енергії і вельми швидко, практично миттєво.
Об'єднання окремих обсягів конденсованої твердої або рідкої фази в один загальний обсяг супроводжується зменшенням вільної поверхні і запасу енергії в системі, а тому термодинамічно процес об'єднання має йти мимоволі, без підведення енергії ззовні. Вільний атом має надлишок енергії в порівнянні з атомом конденсованої системи, і приєднання вільного атома супроводжується звільненням енергії. Таке мимовільне об'єднання спостерігається на обсягах однорідної рідини.
Набагато важче відбувається об'єднання обсягів твердої речовини: доводиться витрачати значні кількості енергії і застосовувати складні технічні прийоми для зближення з'єднуються атомів. При кімнатній температурі звичайні метали не з'єднуються не тільки при простому зіткненні, але і при стисканні значними зусиллями. Дві сталеві пластинки, ретельно відшліфовані і пригнані, піддані тривалого здавлення зусиллям у кілька тисяч кілограмів, після зняття тиску легко роз'єднуються, не виявляючи ніяких ознак з'єднання. Якщо з'єднання виникають в окремих точках, вони руйнуються дією пружних сил при знятті тиску. З'єднанню твердих металів заважає, перш за все, їх твердість, при їх зближенні дійсне зіткнення відбувається лише в небагатьох фізичних точках, та розширення площі дійсного дотику досить важко.
Метали з малою твердістю, наприклад, свинець, досить міцно з'єднуються вже при незначному стисненні. У більш важливих для техніки металів твердість настільки велика, що поверхня дійсного дотику дуже мала в порівнянні із загальною здається поверхнею дотику, навіть на ретельно оброблених і пригнаних поверхнях.
На процес з'єднання сильно впливають забруднення поверхні металу - оксиди, жирові плівки тощо, а також шари адсорбованих молекул газів, що утворюються на свежезачіщенной поверхні металу під дією атмосфери майже миттєво. Тому чисту поверхню металу, позбавлену шару адсорбованих газів, можна скільки-небудь тривалий час зберегти лише у високому вакуумі. Такі природні умови є в космічному просторі, де метали отримують здатність досить міцно зварюватися або "схоплюватися" при випадкових соприкосновениях. У звичайних же, земних умовах доводиться стикатися з негативною дією, як твердості металів, так і шару адсорбованих газів на поверхні. Для боротьби з цими утрудненнями техніка використовує два основні засоби: нагрівання і тиск. Оскільки дана робота присвячена зварюванні металів за допомогою плавлення, зварювання тиском нижче докладно висвітлюватися не буде.
Зварювання плавленням.
Зварювання плавленням здійснюється нагріванням крайок, що зварюються до температури плавлення без здавлювання зварюваних деталей.
При нагріванні з підвищенням температури знижується твердість металу і зростає його пластичність. Метал, твердий і малопластична при кімнатній температурі, при достатньому нагріванні може стати дуже м'яким і пластичним. Подальшим підвищенням температури можна довести метал до розплавлення; в цьому випадку відпадають всі труднощі, пов'язані з твердістю металу; обсяги рідкого металу мимовільно зливаються в загальну зварювальну ванну.
У багатьох випадках на процес зварювання істотно впливають забруднення поверхні металу: переважно оксиди і жирові плівки. Ці забруднення, потрапляючи в зварне з'єднання, можуть знижувати якість зварювання. Вони, на відміну від адсорбованих газів, можуть бути видалені з поверхні металу механічно (щітками, абразивами і т.д.) або хімічно (розчинниками, протруювачами, і флюсами).
Специфічним для зварювання засобом очищення служать флюси, що розчиняють оксиди при підвищених температурах. Крім усунення забруднень з поверхні металу, вживаються заходи до зменшення забруднення металу в процесі зварювання, в першу чергу оксидами. Для цієї мети використовуються флюси, шлаки, захисні гази, вдувається в зону зварювання.
Протиріччя між теоретичною можливістю зварювання металів без витрат енергії і практичною необхідністю витрат і досить значних може бути пояснено енергетичної моделлю процесу зварювання, схематично зображеної на рис 1.
2 H
1 h
3 h0
Рис. 1. Енергетична модель процесу зварювання
Атом на вільній поверхні металу в положенні 1 має енергію h, атом в обсязі металу в положенні 3 - меншу енергію h0; з'єднання обсягів металу зі знищенням вільної поверхні супроводжується звільненням енергії на атом: D h = h-h0. Але для переміщення з положення 1 у положення 3 атом повинен подолати енергетичний поріг і пройти положення 2 з енергією H. Для подолання енергетичної порога атому потрібно підвести енергію D H = Hh, без чого неможливо подолання порогу і з'єднання обсягів металу. Енергія D H витрачається на пружну та пластичну деформації металу, необхідну для зближення поверхонь металу, на його нагрівання руйнування плівки адсорбованих газів і т.д. Нагрівання знижує енергетичний поріг, що перешкоджає з'єднанню твердих металів; розплавлення зводить висоту порогу майже до нуля, роблячи можливим з'єднання без витрат енергії. З'єднання атомів при зварюванні металів відбувається зазвичай в дуже тонкому шарі, товщиною в декілька атомних діаметрів, і зона зварювання має плівковий характер. Збільшення ширини зони зварювання може бути зроблено за рахунок таких процесів, як дифузія, розчинення, кристалізація, що протікають більш повільно у часі і поступово розповсюджуються за обсягом металу.
Найпростіші види зварювання плавленням відомі з глибокої давнини, наприклад ливарна зварювання. Сучасна схема зварювання плавленням показана на рис. 2
Рис. 2. Схема зварювання плавленням.
До деталей, що з'єднуються в місці зварювання підводять зварювальне полум'я; виробляють місцеве розплавлення деталей до утворення спільної зварювальної ванни рідкого металу. Після видалення зварювального полум'я метал ванни швидко охолоджується і твердне, в результаті деталі виявляються з'єднаними в одне ціле. Переміщуючи полум'я по лінії зварювання, можна отримати зварний шов будь-якої довжини. Зварювальне полум'я повинне мати достатню теплову потужність і температуру; зварювальну ванну потрібно утворювати на порівняно холодному металі: теплопровідність металів висока і швидко утворити ванну може тільки дуже гаряче полум'я. Досвід показує, що для зварювання сталі товщиною кілька міліметрів температура зварювального полум'я повинна бути не нижче 2700-3000 ° C. Полум'я з меншою температурою або зовсім не утворює ванни або утворює її занадто повільно, що дає низьку продуктивність зварювання і робить її економічно не вигідною. Джерела тепла, розвиваючі такі високі температури, з'явилися відносно недавно.
Зварювальне полум'я розплавляє як метал, так і забруднення на його поверхні, що утворюються шлаки спливають на поверхню ванни. Гаряче полум'я сильно нагріває метал на поверхні, значно вище точки плавлення; в результаті змінюється хімічний склад металу і його структура після затвердіння; змінюються і механічні властивості. Затверділий метал ванни, так званий метал зварного шва зазвичай за своїми властивостями відрізняється від основного металу, незачепленою зварюванням. Зварювання плавленням відрізняється значною універсальністю; сучасними зварювальними джерелами легко можуть бути розплавлені майже всі метали, можливо з'єднання різнорідних металів.
Характерна ознака зварювання плавленням; виконання її за один етап-нагрів зварювальним полум'ям, на відміну від зварювання тиском.
Класифікація електричного дугового зварювання.
Всі існуючі способи зварювання, як уже згадувалося вище, можна розділити на дві основні групи: зварювання тиском (контактна, газопрессовая, тертям, холодна, ультразвуком) і зварювання плавленням (газова, термітна, електродугова, електрошлакове, електронно-променева, лазерна).
Саме широке розповсюдження отримали різні способи електричного зварювання плавленням, а провідне місце займає дугове зварювання, при якій джерелом теплоти служить електрична дуга.
Електричну зварювання плавленням в залежності від характеру джерел нагріву і розплавлення крайок, що зварюються можна розділити на наступні основні види зварювання, схема 1 (див. додаток):
1. електрична дугова, де джерелом тепла є електрична дуга;
2. електрошлакове, де основним джерелом теплоти є розплавлений шлак, через який протікає електричний струм;
3. електронно-променева, при якій нагрівання і розплавлення кромок з'єднувальних деталей виробляють спрямованим потоком електронів, що випромінюються розпеченим катодом;
4. лазерна, при якій нагрівання і розплавлення кромок з'єднувальних деталей виробляють спрямованим сфокусованим потужним світловим променем мікрочастинок-фотонів.
При електричного дугового зварювання основна частина теплоти, необхідна для нагрівання і плавлення металу, виходить за рахунок дугового розряду, що виникає між зварюваних металом і електродом. Під дією теплоти дуги кромки деталей, що зварюються і торець плавкого електроду розплавляються, утворюючи зварювальну ванну, яка деякий час знаходиться в розплавленому стані. При затвердінні металу утворюється зварне з'єднання. Енергія, необхідна для освіти і підтримки дугового розряду, виходить від джерел харчування дуги постійного або змінного струму. Класифікація дугового зварювання проводиться залежно від ступеня механізації процесу зварювання, роду струму і полярності, типу дуги, властивостей електрода, виду захисту зони зварювання від атмосферного повітря та ін
За рівнем механізації розрізняють зварювання вручну, напівавтоматичне й автоматичне зварювання. Віднесення процесів до того чи іншого способу залежить від того, як виконуються запалювання і підтримка певної довжини дуги, маніпуляція електродом для додання шву потрібної форми, переміщення електрода по лінії накладення шва і припинення процесу зварювання.
У разі ручного зварювання зазначені операції, необхідні для утворення шва, виконуються робочим-зварювальником вручну без застосування механізмів.
При напівавтоматичному зварюванні електродом, що плавиться механізуються операції по подачі електродного дроту в зварювальну зону, а інші операції процесу зварювання здійснюються вручну.
При автоматичному зварюванні під флюсом механізуються операції щодо порушення дуги, підтримання певної довжини дуги, переміщенню дуги по лінії накладення шва. Автоматичне зварювання плавким електродом ведеться зварювальним дротом діаметром 1-6 мм; при цьому режим зварювання (струм, напруга, швидкість переміщення дуги та ін) більш стабільний, що забезпечує однорідність якості шва по його довжині, в той же час потрібна велика точність у підготовці і складанні деталей під зварювання.
За родом струму розрізняють дуги, що живляться постійним струмом прямої (мінус на електроді) або зворотної (плюс на електроді) полярності або змінним струмом. У залежності від способів зварювання застосовують ту чи іншу полярність. Зварювання під флюсом та в середовищі захисних газів зазвичай проводиться на зворотній полярності.
За типом дуги розрізняють дугу прямої дії (залежну дугу) і дугу побічної дії (незалежну дугу). У першому випадку дуга горить між електродом і основним металом, який також є частиною зварювального ланцюга, і для зварювання використовується теплота, що виділяється в стовпі дуги і на електродах, у другому - дуга горить між двома електродами. Основний метал не є частиною зварювального кола і розплавляється переважно за рахунок тепловіддачі від газів стовпа дуги. У цьому випадку живлення дуги здійснюється звичайно змінним струмом, але вона має незначне застосування через малу коефіцієнта корисної дії дуги (відношення корисно використовуваної теплової потужності дуги до повної теплової потужності).
За властивостями електроду розрізняють способи зварювання плавким електродом і неплавким (вугільним, графітовим і вольфрамовим). Зварювання плавким електродом є найпоширенішим способом зварювання; при цьому дуга горить між основним металом і металевим стрижнем, що подається в зону зварювання у міру плавлення. Цей вид зварювання можна робити одним або декількома електродами. Якщо два електроди під'єднані до одного полюса джерела живлення дуги, то такий метод називають двоелектродної зварюванням, а якщо більше - багатоелектродного зварюванням пучком електродів. Якщо кожен з електродів отримує незалежне живлення - зварювання називають двохдугового (багатодугового) зварюванням. При дуговому зварюванні плавленням ККД дуги досягає 0,7-0,9.
За умовами спостереження за процесом горіння дуги розрізняють відкриту, закриту і напіввідчинені дугу. При відкритій дузі візуальне спостереження за процесом горіння дуги проводиться через спеціальні захисні скла - світлофільтри. Відкрита дуга застосовується при багатьох способи зварювання: при ручному зварюванні металевим і вугільним електродом і зварювання у захисних газах. Закрита дуга розташовується повністю в розплавленому флюсі - шлаку, основному металі і під гранульованим флюсом, і вона невидима. Напіввідчинена дуга характерна тим, що одна її частина знаходиться в основному металі і розплавленому флюс, а інша над ним. Спостереження за процесом здійснюється через світлофільтри. Використовується при автоматичному зварюванні алюмінію по флюсу.
За родом захисту зони зварювання від навколишнього повітря розрізняють такі способи зварювання: без захисту (голим електродом, електродом із стабілізуючим покриттям), з шлакової захистом (толстопокритимі електродами, під флюсом), шлакогазовой (толстопокритимі електродами), газовим захистом (в середовищі газів) з комбінованої захистом (газове середовище та покриття або флюс). Стабілізуючі покриття являють собою матеріали, що містять елементи, які легко іонізуючі зварювальну дугу. Наносяться тонким шаром на стрижні електродів (тонкопокритие електроди), призначених для ручного дугового зварювання. Захисні покриття являють собою механічну суміш різних матеріалів, призначених захищати розплавлений метал від впливу повітря, стабілізувати горіння дуги, легувати і рафінувати метал шва.
Найбільше застосування мають середньо - та толстопокритие електроди, призначені для ручного дугового зварювання та наплавлення, які виготовляють у спеціальних цехах або на заводах.
Застосовуються також магнітні покриття, які наносяться на дріт у процесі зварювання за рахунок електромагнітних сил, що виникають між знаходиться під струмом електродним дротом і феромагнітним порошком, що знаходиться в бункері, через який проходить електродний дріт при напівавтоматичному або автоматичному зварюванні. Іноді це ще супроводжується додатковою подачею захисного газу.
Ручна дугова зварка та обладнання для неї.
Найбільший обсяг серед інших видів зварювання займає ручна дугова зварка-зварювання плавленням штучними електродами, при якій подача електрода і переміщення дуги вздовж крайок, що зварюються проводиться вручну. Схема процесу показана на рис. 3
Рис. 3. Ручна дугова зварювання металевим електродом з покриттям
Дуга горить між стрижнем електрода 1 і основним металом 7. Під дією теплоти дуги електрод і основний метал плавляться, утворюючи металеву зварювальну ванну 4. Краплі рідкого металу 8 з розплавляється електродного стрижня переносяться в ванну через дугового проміжок. Разом зі стрижнем плавиться покриття електрода 2, утворюючи газову захист 3 навколо дуги і рідку шлакову ванну на поверхні розплавленого металу.
Металева та шлаковая ванни разом утворюють зварювальну ванну. У міру руху дуги метал зварювальної ванни твердне і утворює зварний шов 6. Рідкий шлак у міру охолодження утворює на поверхні шва тверду жужільну кірку 5, яка видаляється після охолодження шва. Для забезпечення заданого складу та властивостей шва зварку виконують покритими електродами, до яких пред'являють спеціальні вимоги (сталеві покриті електроди для ручного дугового зварювання та наплавлення виготовляють згідно з ГОСТ 9467-75).
Зварювальний пост для ручного дугового зварювання оснащується джерелом живлення, токоподвода, необхідними інструментами, приладдям і пристроями.
Зварювальні пости можуть бути стаціонарними і пересувними. До стаціонарних відносять пости, розташовані в цеху, переважно в окремих зварювальних кабінах, в яких зварюють вироби невеликих розмірів. Пересувні зварювальні пости, як правило, застосовують при монтажі великогабаритних виробів (трубопроводів, металоконструкцій, і т.д.) і ремонтних роботах. При цьому часто використовують переносні джерела живлення. У залежності від зварюваних матеріалів і застосовуються електродів для ручного дугового зварювання застосовують джерела змінного або постійного струму з крутопадаючих характеристикою.
Основним робочим інструментом зварника при ручному зварюванні служить електродотримач, який призначений для затиску електрода й проведення зварювального струму. Застосовують електродотримачі пружинного, пластинчастого і гвинтового типів (рис. 4)
Відповідно до ГОСТ 14651-78 електродотримачі випускаю трьох типів у залежності від сили зварювального струму: 1 типу - для струму 125 А; 2 - 125-315 А; 3-315-500 А.
Для підведення струму від джерела живлення до електродотримача і виробу використовують зварювальні проводи. Перетину проводів вибирають за встановленими нормативами для електротехнічних установок (5-7 А / мм ^ 2).
До допоміжних інструментів для ручного зварювання відносяться: сталеві дротяні щітки для зачистки крайок перед зварюванням і для видалення з поверхні швів залишків шлаку, молоток-шлакоотделітель для видалення шлакової кірки, особливо з кутових і кореневих швів у глибокій обробленні, зубило, набір шаблонів для перевірки розмірів швів, сталеве клеймо для таврування швів, метр, сталева лінійка, схил, косинець, чертілка, крейда, а також ящик для зберігання і перенесення інструмента.
Технологія ручного дугового зварювання.
Вибір режиму.
Під режимом зварювання розуміють сукупність контрольованих параметрів, що визначають умови зварювання. Параметри режиму зварювання поділяють на основні та додаткові. До основних параметрів режиму ручного зварювання відносять діаметр електрода, величину, рід і полярність струму, напруга на дузі, швидкість зварювання. До додаткових відносять величину вильоту електрода, склад і товщину покриттів електрода, положення електрода і положення виробу при зварюванні.
Діаметр електрода вибирають залежно від товщини металу, катета шва, положення шва в просторі.
Приблизне співвідношення між товщиною металу S і діаметром електрода d е. при зварюванні в нижньому положенні шва становить:
S, мм ...... 1-2 3-5 4-10 12-24 30-60
dе, мм .... 2-3 3-4 4-5 5-6 6-8
Сила струму в основному залежить від діаметра електрода, але також від довжини його робочої частини, складу покриття, положення зварювання. Чим більше струм, тим більше продуктивність, тобто більшу кількість наплавленого металу: G = a н I св t, де G-кількість наплавленого металу, г; a н-коефіцієнт наплавлення, г / (А • год); I св - зварювальний струм, А; t-час, ч.
Однак при надмірному струмі для даного діаметра електрода електрод швидко перегрівається вище допустимого рівня. Що призводить до зниження якості шва і підвищеному розбризкуванню. При недостатньому струмі дуга нестійка, часто обривається, у шві можуть бути непровари. Величину струму можна визначити за такими формулами: при зварюванні конструкційних сталей для електродів діаметром 3-6 мм I д = (20 +6 d е.) d е.; для електродів діаметром менше 3 мм I д = 30 d е, де d е. діаметр електрода , мм. Зварювання швів у вертикальному і стельовому положеннях виконують, як правило, електродами діаметром не більше 4 мм. При цьому сила струму повинна бути на 10 - 20% нижче, ніж для зварювання в нижньому положенні. Напруга дуги змінюється у порівняно вузьких межах-16-30 В.
Техніка зварювання.
Дуга може порушуватися двома прийомами: дотиком впритул і відведенням перпендикулярно вгору або "чирканья" електродом як сірником. Другий спосіб зручніше. Але неприйнятний у вузьких та незручних місцях.
У процесі зварювання необхідно підтримувати певну довжину дуги, яка залежить від марки і діаметра електрода. Орієнтовно нормальна довжина дуги повинна бути в межах L д = (0,5-1,1) d е, де L д - довжина дуги, мм; d е - діаметр електрода, мм.
Довжина дуги робить істотний вплив на якість зварного шва і його геометричну форму. Довга дуга сприяє інтенсивнішому окисленню і азотуванню розплавляється металу, збільшує розбризкування, а при зварюванні електродами основного типу призводить до пористості металу.
У процесі зварювання електроду повідомляється рух у трьох напрямках. Перший рух - поступальний, у напрямку осі електрода. Цим рухом підтримується постійна (у відомих межах) довжина дуги в залежності від швидкості плавлення електрода.
Друге рух-переміщення електрода уздовж осі валика утворення шва. Швидкість цього руху встановлюється в залежності від струму, діаметру електрода, швидкості його плавлення, виду шва і інших чинників. При відсутності поперечних рухів електрода виходить так званий нитковий валик, на 2-3 мм більший діаметра електрода, або вузький шов шириною е £ 1,5 d е..
Третє рух - переміщення електрода поперек шва для отримання шва ширше, ніж нитковий валик, так званого розширеного валика.
Поперечні коливальні рухи кінця електрода (рис. 5)
Рис. 5. Траєкторія руху кінця електрода при ручного дугового зварювання.
визначаються формою оброблення, розмірами і положенням шва, властивостями зварюваного матеріалу, навичкою зварника. Для широких швів, одержуваних з поперечними коливаннями, e = (1,55) d е..
Для підвищення працездатності зварних конструкцій, зменшення внутрішніх напружень і деформацій велике значення має порядок заповнення швів.
Під порядком заповнення швів розуміється як порядок заповнення оброблення шва за поперечним перерізом, так і послідовність зварювання по довжині шва.
По протяжності всі шви умовно можна розділити на три групи: короткі - до 300 мм, середні-300-1000, довгі - понад 1000 мм.
У залежності від протяжності шва, матеріалу, вимог до точності і якості зварних з'єднань зварювання таких швів можна виконувати різному рис 6:
Короткі шви виконують на прохід - від початку шва до його кінця. Шви середньої довжини варять від середини до кінців або назад ступінчастим методом. Шви великої довжини виконують двома способами: від середини до країв (обратноступенчатим спосіб) і врозкид.
При обратноступенчатом методі весь шов розбивається на невеликі ділянки довжиною по150-200 мм, на кожній ділянці зварювання ведуть у напрямку, зворотному загальному напрямку зварювання. Довжина ділянок зазвичай дорівнює від 100 до 350 мм. У залежності від кількості проходів (шарів), необхідних для виконання проектного перерізу шва, розрізняють однопрохідний (одношаровий) і багатопрохідний (багатошаровий) шви (рис.30).
З точки зору продуктивності найбільш доцільними є однопрохідні шви, які звичайно застосовуються при зварюванні металу невеликих товщин (до 8-10 мм.) З попередньою обробкою кромок.
Зварювання з'єднань відповідальних конструкцій великої товщини (понад 20-25 мм.), Коли з'являються об'ємні напруги і зростає небезпека утворення тріщин, виконують із застосуванням спеціальних прийомів заповнення швів "гіркою" або "каскадним" методом.
При зварюванні "гіркою" спочатку в оброблення крайок наплавляють перший шар невеликої довжини 200-300 мм, потім другий шар, який перекриває перший і має в 2 рази більшу довжину. Третій шар перекриває другий і довше його на 200-300 мм. Так наплавляють верстви до тих пір, поки на невеликій ділянці над першим шаром оброблення не буде заповнена. Потім від цієї "гірки" зварювання ведуть в різні боки короткими швами тим же способом. Таким чином, зона зварювання весь час перебуває в гарячому стані, що дозволяє попередити появу тріщин. "Каскадний" метод є різновидом гірки.
З'єднання під зварювання збирають у пристосуваннях, частіше за все з прихватками. Перетин пріхваточного шва становить приблизно 1 / 3 від перетину основного шва, довжина його 30-50 мм. Кутові шви зварюють "в кут" або "у човник" (Рис.7).
Рис. 7. Положення електрода і виробу при виконанні кутових швів:
а - зварювання в симетричну "човник", б - в несиметричну "човник",
в - "в кут" похилим електродом, г - з оплавленням крайок.
При зварюванні "в кут" простіше збірка, допускається великий зазор між зварюються деталями (до 3 мм), але складніше техніка зварювання, можливі дефекти типу підрізів і напливів, менше продуктивність, тому що доводиться за один прохід зварювати шви невеликого перерізу (катет <8 мм) і застосовувати багатошарову зварювання. Зварювання "у човник більш продуктивна, допускає великі катети шва за один прохід, але вимагає більш ретельного складання.
Забезпечення нормативних вимог з технології та техніці зварювання - основна умова отримання якісних зварних швів. Відхилення розмірів і форми зварного шва від проектних найчастіше спостерігаються в кутових швах і пов'язані з порушенням режимів зварювання, неправильної підготовкою кромок під зварювання, нерівномірною швидкістю зварювання, а також з несвоєчасним контрольним обміром шва.
Непроваром називають місцеве відсутність сплавлення між зварюються елементами, між металом шва і основним металом або окремими шарами шва при багатошаровому зварюванні. Непровар зменшує перетин шва і викликає концентрацію напруг, тому може значно знизити міцність конструкції. Ділянки шва, де виявлено непровари, величина яких перевершує допустиму, підлягають видаленню і подальшої заварці.
Непровар в корені шва в основному викликається недостатньою силою струму або підвищеною швидкістю зварювання, непровар кромки (несплавление крайки) - зсувом електрода з осі стику, а також блуканням дуги, непровар між шарами - поганий очищенням попередніх шарів, великим обсягом наплавляемого металу, натікання розплавленого металу перед дугою.
Подрезом називають місцеве зменшення товщини основного металу біля кордону шва. Подрез призводить до зменшення перерізу металу і різкої концентрації напружень в тих випадках, коли він розташований перпендикулярно діючим робочим напруженням.
Напливом називають натікання металу шва поверхню основного металу без сплаву з ним.
Пропалів називають порожнину у шві, що утворилася в результаті витікання зварювальної ванни, є неприпустимим дефектом зварного з'єднання.
Кратером називають незаварених поглиблення, що утворюється після обриву дуги в кінці шва. У кратері, як правило, утворюються усадочні пухкості, часто переходять у тріщини.
Опіками називають невеликі ділянки піддалося розплавлення металу на основному металі поза зварного шва.
Підрізи, напливи, напливи, пропали, незаварені кратери, що залишилися після зварювання шлак і бризки, оплавлення крайок (у наріжних швах) викликаються переважно надмірною силою струму та напруги на дузі, великим діаметром електродів, неправильними маніпуляціями електродом, поганий збіркою під зварювання низьку кваліфікацію чи недбалістю зварника.
Технологія газового зварювання
Сутність газового зварювання. При газополум'яної обробки металів як джерела теплоти використовується газове полум'я - полум'я горючого газу, що спалюється для цієї мети в кисні в спеціальних пальниках.
В якості горючих газів використовують ацетилен, водень, природні гази, нафтовий газ, пари бензину, гасу та ін Найбільш високу температуру в порівнянні з полум'ям інших газів має ацетіленокіслородное полум'я, тому воно знайшло найбільше застосування.
Газова зварювання-це зварювання плавленням, при якій метал в зоні з'єднання нагрівається до розплавлення газовим полум'ям (Рис.8).
При нагріванні газовим полум'ям 4 кромки зварюються заготовок 1 розплавляються разом з присадним металом 2, що може додатково вводитися в полум'я пальника 3. Після затвердіння рідкого металу утворюється зварний шов 5.
До переваг газового зварювання відносяться: простота способу, нескладність обладнання, відсутність джерела електричної енергії.
До недоліків газового зварювання відносяться: менша продуктивність, складність механізації, велика зона нагріву і більш низькі механічні властивості зварних з'єднань, ніж при дуговому зварюванні.
Газове зварювання використовують при виготовленні та ремонті виробів з тонколистової сталі товщиною 1-3 мм, зварюванні чавуну, алюмінію, міді, латуні, наплавленні твердих сплавів, виправленні дефектів лиття та інших
Техніка зварювання.
У практиці застосовують два способи зварювання - правий і лівий (див. рис.8) При правому способі зварювання ведуть зліва на право, зварювальне полум'я направляють на зварену ділянку шва, а присадні дріт переміщують слідом за пальником. Так як при правому способі полум'я направлено на зварену шов, то забезпечується кращий захист зварювальної ванни від кисню та азоту повітря, велика глибина плавлення, уповільнене охолодження металу шва в процесі кристалізації. Теплота полум'я розсіюється менше, ніж при лівому способі, тому кут оброблення крайок робиться не 90 °, а 60-70 °, що зменшує кількість наплавленого металу і викривлення. При правому способі продуктивність на 20-25% вище, а витрата газів на 15-20% менше, ніж при лівому. Правий спосіб доцільно застосовувати при зварюванні металу товщиною понад 5 мм і металів з великою теплопровідністю.
При лівому способі зварювання ведуть справа наліво, зварювальне полум'я направляють на ще не зварені кромки металу, а присадні дріт переміщують попереду полум'я. При лівому способі зварювальник добре бачить зварюваний метал, тому зовнішній вигляд шва краще, ніж при правому способі; попередній підігрів кромок зварюється металу забезпечує гарне перемішування зварювальної ванни. Завдяки цим властивостям лівий спосіб найбільш поширений і застосовується для зварювання тонколистових матеріалів і легкоплавких металів.
Потужність зварювального пальника при правому способі вибирають з розрахунку 120-150 дм ^ 3 / год ацетилену, а при лівому -100-130 дм ^ 3 / год на 1 мм товщина металу, що зварюється.
Діаметр присадочной дроту вибирають в залежності від товщини металу, що зварюється і способу зварювання. При правому способі зварювання діаметр присадочной дроту d = S / 2 мм., Але не більше 6 мм, при лівому d = S / 2 +1 мм, де S-товщина металу, що зварюється, мм
Швидкість нагріву регулюють зміною кута нахилу aмундштука до поверхні металу, що зварюється (Рис. 9, а).
Чим товще метал і більше його теплопровідність, тим більше кут нахилу мундштука до поверхні металу, що зварюється.
У процесі зварювання газозварник кінцем мундштука пальника здійснює одночасно два рухи: поперечний (перпендикулярно осі шва) і поздовжнє (вздовж осі шва) (рис. 9) Основним є поздовжнє рух. Поперечний рух служить для рівномірного прогріву крайок основного металу і одержання шва необхідної ширини.
Газової зварюванням можна виконувати нижні, горизонтальні (на вертикальній площині), вертикальні і стельові шви. Горизонтальні і стельові шви зазвичай виконують правим способом зварювання, вертикальні знизу вгору - лівим способом.
Основні види електричного зварювання плавленням
Електричне зварювання плавленням
Електродугова Електрошлакове Електронно-променева Лазерна
Плавиться неплавким електродом плавиться
Дугою прямої дії Дугою побічної дії
Відкритою дугою Під флюсом У середовищі захисного газу Дуговий плазмою Під флюсом
Ручна Напівавтоматична Автоматична
ЛІТЕРАТУРА:
1. Хренов К.К. Зварювання, різання та паяння металів - М.: Машинобудування, 1973.-408 с.
2. Стеклов О. І. Основи зварювального виробництва - М.: Вищ. школа, 1986.-224 с., іл.
3. Рибаков В.М. Зварювання та різання металів-М.: Вищ. школа, 1979.-214 с., іл.
4. Китаєв А.М., Китаєв Я.А. Дугова зварка-М.: Машинобудування. 1983.-272 с. мул.
5. Шебеко Л.П. Виробниче навчання електро-газозварників - М.: Вищ. школа, 1984.-167 с., іл.
6. Геворкян В.Г. Основи зварювальної справи - М.: Вищ. школа, 1985.-168 с., іл.
7. Думової С.І. Технологія електричного зварювання плавленням - Л.: Машіностроеніе.1987.-461с., Іл.