|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Раздел 1 Основы сварки металловСтр 1 из 9Следующая ⇒
Раздел 1 Основы сварки металлов Тема 1.1 Классификация способов сварки Сварка - процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформированииили при совместном действии того и другого (ГОСТ 2601-84). Физическая природа дуги. Наиболее распространенным источником сварочного тепла при сварке плавлением является электрическая дуга. Электрическая сварочная дуга - устойчивый длительный электрический разряд в газовой среде между твердыми или жидкими электродами при высокой плотности тока, сопровождающийся выделением большого количества теплоты. Сварочная дуга представляет собой столб газа, находящегося в состоянии плазмы, т.е. состоянии, при котором большинство атомов газа имеют положительный или отрицательный заряд. Плазма дуги характеризуется высокой электропроводностью и температурой (5000-120000С). Условие существования дуги - ионизация газового зазора между электродамиблагодаря электрическому потенциалу, приложенному к ним. В столбе дуги наблюдается неравномерное распределение электрического поля, поэтому межэлектродное пространство принято разделять на три зоны: катодную, столб дуги, анодную (рис. 2)
Рисунок 3 – Строение дуги При установившемся процессе сварки в каждой зоне происходят различные физические процессы. С разогретого катодавыходят электроны (происходит процесс термоэлектронной эмиссии). Катодная зона (iк = 10-4 - 10-5 см) - область, размер которой выбран условно так, чтобы электроны, разгоняющиеся при движении к аноду за счет приложенного напряжения, приобрели энергию, достаточную для ионизации. Столб дуги-конусообразный проводник, заполненный плазмой. Длина дуги - 2-4 мм –при ручной сварке металлическим плавящимся электродом; 6-8 мм –при сварке под флюсом. В столбе дуги происходят два противоположных процесса: - ионизация -образование заряженных частиц; - рекомбинация - потеря заряженных частиц. Ионизация («электронным ударом») может происходить двумя способами: · присоединением (внедрением) электрона к нейтральному атому – в результате за счет избытка электронов получается отрицательный ион («-И») – рисунок 4. · выбиванием электрона с орбиты нейтрального атома – в результате образуются два свободных электрона и положительный ион («+И») – рисунок 5.
1 – свободный электрон; 2 – нейтральный атом, имеющий положительное ядро (+) и два электрона (-); 3 – отрицательный ион. Рисунок 4 - Схема ионизации по типу «присоединения»
1 – свободный электрон; 2 – нейтральный атом, имеющий положительное ядро (+) и два электрона (-); 3 – положительный ион. Рисунок 5 - Схема ионизации по типу «выбивания» В результате ионизации образуется плазма, а за счет приложенной разности потенциалов происходит электронно-ионный ток: отрицательные частицы (электроны и отрицательные ионы) движутся к аноду, а положительные ионы – к катоду. Отрицательней частицы, разгоняясь в прианодной зоне(iа = 10-3 - 10-4 см), приобретают необходимую кинетическую энергию и при ударе об анод преобразуют её в тепловую энергию, разогревая анод. Положительные ионы, разгоняясь в прикатодной зоне, приобретают необходимую кинетическую энергию и при ударе о катод преобразуют её в тепловую энергию, разогревая катод, создавая условия для термоэлектронной эмиссии. Таким образом, процесс сварки становится непрерывным. Возбуждение сварочной дуги может выполняться двумя способами: - замыканием электрода о деталь (касанием, «спичкой») – напряжение 60В. При соприкосновении электрода с изделием электрическая цепь замыкается и по ней проходит ток. Поскольку торец электрода имеет неровную поверхность, электрический контакт возникает в точках, которые нагреваются и мгновенно расплавляются с образованием прослойки жидкого металла. При отводе электрода от изделия образуется шейка – повышается плотность тока и температура металла, происходит испарение металла – возникает ионизированный промежуток – сварочная дуга. - электрическим пробоем воздушного промежутка, достигаемого приложением к электродам высокого напряжения (2000 – 3000В) с помощью специального прибора – осциллятора, создающего переменное напряжение с высокой частотой 50 – 150 кГц, не опасное для человека. Контрольные вопросы: 1. Объясните условие существования дуги. 2. Что такое «ионизация»? Что такое «плазма»? 3. Назовите зоны дуги. Что происходит в каждой зоне? 4. Что такое «термоэлектронная эмиссия? За счет чего она происходит? 5. Почему процесс существования дуги длительный (непрерывный)? 6. Какими способами возбуждается сварочная дуга? Который из этих способов используется при автоматической сварке? Какую роль играет осциллятор? Свариваемость металлов. Свариваемость –способность металлов образовывать качественное сварное соединение, удовлетворяющее эксплуатационным требованиям. Методы оценки свариваемости: • Прямой - сварка проб на различных режимах с последующими испытаниями образцов из них на растяжение, изгиб, ударную вязкость, коррозионную стойкость и др. • Косвенный- по эквиваленту углерода.
где; С – содержание углерода, %; Mn, Cr, … - содержание легирующих элементов, %. Таблица 1 – Группы свариваемости
Контрольные вопросы: 1. Перечислите основные вредные примеси сварных швов, поясните их влияние на свойства сварного шва. 2. Что такое «раскислитель», каким требованиям он должен отвечать? 3. Перечислите элементы, применяемые для раскисления сварочной ванны, объясните особенности их применения. 4. Как влияют сера и фосфор на качество сварного шва, откуда они могут попадать всварной шов, чем их можно удалять из сварочной ванны? 5. Дайте определение понятия «свариваемость металлов». Поясните методы оценки свариваемости, группы свариваемости.
Тема 2.1 Требования к источникам питания Обычные силовые установки не применяются для сварки, т.к. источники питания должны соответствовать особым требованиям. Требования к источникам питания: • Должны обеспечивать напряжение, необходимое для зажигания и устойчивого горения дуги; • Должны ограничивать ток короткого замыкания (Iкзне должен превышать Iном более, чем на 40-50%); • Должны быстро изменять напряжение в соответствии с изменением сопротивления дуги (динамические характеристики). При сварке изменяется длина дуги (соответственно, напряжение и сила тока). Для устойчивого горения дуги необходимо, чтобы заданный режим сварки восстанавливался как можно быстрее (не более, чем за 0, 05 сек.); • Должны быть простыми в использовании (при подключении к сети и регулировании силы тока), безопасными при эксплуатации. Характер изменения напряжения и тока при сварке показывается в виде двух кривых: статической характеристики дуги и внешней (вольтамперной) характеристики источника питания.
А- точка зажигания дуги; В – рабочая точка (точка устойчивого горения дуги). Рисунок 12 – Статическая характеристика дуги и внешняя характеристика источника питания. Внешняя характеристика источника питания – зависимость напряжения на зажимах от силы сварочного тока. В зависимости от способа сварки нужна падающая, жесткая (а иногда и возрастающая) внешняя характеристика источника питания. Статическая характеристика дуги (зависимость напряжения дуги от величины сварочного тока) имеет характерную форму: – на начальном участке с увеличением тока напряжение резко падает, т.к. увеличивается площадь сечения столба дуги и его электропроводность; – затем напряжение может не меняться, т.к. площадь сечения столба дуги увеличивается пропорционально току; – на конечном участке статическая характеристика может возрастать, т.к. площадь катодного пятна больше не увеличивается из-за ограниченного сечения электрода – с увеличением тока напряжение возрастает. Обязательное условие устойчивого горения дуги – пересечение статической характеристики дуги с внешней характеристикой источника питания. На рисунке 12 показаны две точки пересечения: А – точка зажигания дуги (при напряжении 30-35В – при сварке на постоянном токе, 50-55В – при сварке на переменном токе); затем процесс переходит в точку В – точку устойчивого горения дуги (напряжение 16-25В - при ручной сварке, 26-50В – при автоматической сварке под флюсом). Кроме того, на рис. 12 можно определить еще две характерные точки; - точка холостого хода (при силе сварочного тока, равной нулю) – напряжение холостого хода должно быть не более 80В, что обеспечивает безопасность этого оборудования для рабочего; - точка короткого замыкания, когда напряжение равно нулю. Как было указано ранее, короткое замыкание – обычный постоянно повторяющийся процесс, т.к. капля расплавленного металла электрода «закорачивает» сварочную дугу. Ток короткого замыкания должен превышать номинальный сварочный ток не более, чем на 40-50%, чтобы не было перегрева обмоток. Внешняя характеристика источника питания (вольтамперная характеристика – ВАХ) может быть – падающей-для однопостовых источников питания, чтобы ограничивался ток короткого замыкания; – жесткой– для многопостовых источников питания – чтобы напряжение не зависело от количества питающихся сварочных дуг.
Контрольные вопросы: 1. Дайте определение статической характеристики дуги. Объясните ее характерный вид. 2. Что такое «внешняя характеристика источника питания»? 3. Укажите (на схеме – рис. 12) точку зажигания дуги, точку устойчивого горения дуги. 4. Укажите точку холостого хода. Чем ограничиваются параметры этой точки? Почему? 5. Укажите точку короткого замыкания. Чем ограничиваются параметры этой точки? Почему? 6. Что такое «динамические характеристики» источника питания? Тема 3.2 Электроды Требования, предъявляемые к электродам. • Стабильное горение дуги и хорошее формирование шва; • Необходимый химический состав шва; • Минимальное разбрызгивание металла и потери на угар; • Отсутствие дефектов шва; • Легкое отделение шлака от поверхности шва; • Высокая производительность сварки; • Минимальная токсичность при сварке и изготовлении. Классификация электродов. В обозначении электродов используются буквенные и цифровые символы, указанные ниже в классификации. Классификация электродов по назначению: • У - для углеродистых и низколегированных сталей с σ в£ 60 кг/мм2; • Л - для легированных конструкционных сталей с σ в³ 60 кг/мм2; • Т - для теплоустойчивых сталей; • В - для высоколегированных сталей с особыми свойствами; • Н - для наплавки слоев с особыми свойствами. Классификация электродов по допустимым пространственным положениям: • 1 - все положения; • 2 - все, кроме вертикального «сверху вниз»; • 3 - нижнее, горизонтальное, вертикальное «снизу вверх»; • 4 - нижнее и нижнее «в лодочку». Классификация электродов по толщине и составу покрытия: • М - с тонким покрытием; • С - со средним покрытием; • Д - с толстым покрытием; • Г - с особо толстым покрытием; • А –с кислым покрытием; • Б –с основным покрытием; • Ц –с целлюлозным покрытием; • Р –с рутиловым покрытием; • П –с покрытиями прочих видов; • Ж –с содержанием > 20% железного порошка в покрытии. Тип и марка электрода. Электроды с одинаковыми механическими свойствами шва или химическим составом наплавленного металла образуют тип электрода(ГОСТ 9467-75). Марка электрода определяет состав покрытия и технологические свойства электродов. Тип электрода для углеродистых и низколегированных сталейопределяет механические свойства наплавленного металла; • для высоколегированных сталей определяет химический состав наплавленного металла (и расшифровывается как марка стали). Например, Э-42А – электроды ( Э ), обеспечивающие предел прочности наплавленного металла не менее 42 кг/мм2 при повышенной пластичности ( А ); Э-12ХМФ – электроды ( Э ), обеспечивающие в наплавленном металле содержание углерода – 0, 12 %, хрома ( Х ), молибдена ( М ), ванадия ( Ф ) – до 1%. Каждый тип могут образовывать электроды различных марок. Марка электрода(ОСТ 9224-75) присваивается предприятием–изготовителем и в большинстве случаев совпадает с маркой покрытия. Например, УОНИИ 13/45 – у ниверсальная о бмазка н аучно- и сследовательского и нститута; 13 – модификация; 45 – предел прочности наплавленного металла в кг/мм2. Для отличия электродов различных марок в неупакованном виде используется окраска их торцов или покрытия определенного цвета. Выбор электродов. Выбор марки электрода производится, главным образом, в зависимости от марки основного материала. Для этого используются специальные таблицы или диаграммы. Например, диаграмма на рисунке 17. Классификация сварных швов. · по расположению в пространстве: o в нижнем положении; o в вертикальном положении; o в горизонтальном положении; o в потолочном положении. · по степени усиления: o нормальные (с «усилением» по ГОСТ); o усиленные (могут использоваться при сварке спецсталей); o ослабленные. · по протяженности: o сплошные (непрерывные); o прерывистые (цепные или шахматные). · по числу слоев: o однослойные; o многослойные (при большой толщине металла). · по прочности и плотности: o прочные; o прочно-плотные. Типы сварных соединений. Типы, конструктивные элементы размеры сварных соединений устанавливаются ГОСТами (основные из них): - ГОСТ 5264-80 –Швы сварных соединений. Ручная электродуговая сварка; - ГОСТ 14771-76 –Автоматическая и полуавтоматическая сварка в среде защитных газов; - ГОСТ 8713-79 - Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. - ГОСТ 11534-75 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Стыковые соединения: - с отбортовкой кромок - при малой толщине предотвращаются прожоги и деформации (неплавящимся электродом или газовой сваркой без присадки) - без скоса кромок - (с учетом возможностей провара): S£ 6мм - ручная односторонняя сварка; S£ 8мм - ручная двухсторонняя сварка; S£ 20мм - автоматическая сварка под флюсом; S£ 10мм - полуавтоматическая сварка под флюсом; - с разделкой кромок – для обеспечения провара; полный провар требуется для водонепроницаемых конструкций, прочных конструкций, а также конструкций, работающих в условиях вибрации или при низких температурах (когда снижается пластичность материалов). ·
 с V - образной разделкой S= 3 - 26мм.
α – угол разделки для обеспечения доступа электродом к вершине шва; в – зазор для обеспечения провара корня шва (при малых зазорах возможны непровары, при увеличенных –прожоги); с – притупление для исключения прожогов. Рисунок 19 – Параметры разделки кромок. · с K – образной разделкой S= 12–40 мм. · с Х – образной разделкой S= 12–60 мм. · с U - образнойразделкой.
Угловые соединения: - с отбортовкой кромок; - без скоса; - со скосом кромок. Тавровые соединения: - без скоса кромок; - с односторонним скосом; - с двусторонним скосом. Нахлесточные соединения: - без скоса кромок; - с отверстиями: - прорезями (овальными), - «электрозаклепками» (круглыми).
Подготовка изделий под сварку. Размеры деталей (в допусках) должны соответствовать отраслевым стандартам, иногда - с учетом ожидаемых сварочных деформаций. Особое значение имеет подготовка кромок под сварку: прямолинейность, угол разделки, притупление. Качество сварного изделия зависит от качества сборки (зазоры, разностенности), что проверяется специальными шаблонами и щупами. При увеличенных зазорах разрешается наплавка (не более 10 мм), при малых – подрубка, подрезка, шлифовка. Зачистка кромок от влаги, ржавчины, окалины, краски, масла и др. наждачным кругом, просушивают газовой горелкой – на ширину не менее 10 мм от габаритов шва при ручной сварке или сварке в защитных газах, не менее 30 мм - при сварке под флюсом. Контрольные вопросы: 1. По каким признакам классифицируют сварные швы? Приведите и прокомментируйте эту классификацию. 2. Перечислите типы сварных соединений. 3. С какой целью и для каких соединений используется отбортовка кромок? 4. С какой целью выполняется разделка (скос кромок)? Назовите параметры разделки, объясните их назначение. 5. В чем заключается подготовка кромок под сварку? Выбор режимов сварки. Режим - совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение шва заданных размеров, формы и качества. К параметрам режима относятся: 1 Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемой конструкции (S) – см. таблицу 5. Таблица 5 – Выбор диаметра электрода
При сварке многопроходных швовпервый проход варят электродами диаметром не более 4 мм, чтобыобеспечить провар корня шва, остальные – электродами оптимального диаметра (по таблице 5), чтобы обеспечить максимальную производительность и хорошее формирование шва. Вертикальные, потолочные швы - диаметром не более 4 мм(формирование шва). 2 Тип и марка электрода выбираются в зависимости от марки стали. Тип указывается в чертеже.Марку (по типу), принятую на данном заводе, выбирает технолог. 3 Сила сварочного токазначительно влияет на формирование шва и производительность процесса (см. рис. 20): оптимальная величина сварочного тока выбирается в зависимости от диаметра электрода (т.е. толщины металла), при малой силе тока получаются несплавления (непровары), при увеличенной – прожоги, подрезы.
Рисунок 20 – Выбор силы сварочного тока 4 Род тока и полярность выбираются в зависимости от марки электрода и материала конструкции. Например, электроды УОНИИ-13, Э-138/45М, ЭА400/10У могут использоваться только на постоянном токе. Обратная полярность используются (с учетом распределения тепла) для сварки тонкого металла, специальных сталей, чувствительных к перегреву, а также при использовании электродов с тугоплавким покрытием. 5 Число проходоввыбирается в зависимости от толщины и типа соединения (площади сечения шва). Площадь сечения одного прохода выбирается следующим образом: Первый - F1=(6 ¸ 8)dэл Последующие F=(8¸ 12) dэл, для стыковых соединений - 40 - 50мм2, для угловых и тавровых соединений - 30 - 40мм2. 6 Положение шва в пространстве определяется конструкцией и технологией ее сборки.
Обратная полярность Вылет проволоки - 6-14 мм Внешний осмотр и измерение · Перед сваркой - проверка соответствия чертежам (размеры и форма деталей, разделка кромок, зазоры); · После сварки – формы и размеры швов, состояние поверхности шва и околошовной зоны (наружные дефекты). Недопустимы: * Трещины в шве и околошовной зоне; * Поры Æ > 0, 1S (при S< 20мм), Æ > 2 мм(при S> 20мм); * Свищи; * Кратеры; * Наплывы; * Смещение шва; * Подрезы глубиной > 0, 5 мм и длиной > 15 мм; * отклонения размеров свыше допустимых, установленных ГОСТами.
Рисунок - Методы контроля сварных швов R и g контроль (ГОСТ 7512-82) –( выборочно) получение изображения внутренней структуры шва с использованием рентгеновского или g излучения. * R и g-графирование (получение снимка); * R и g- скопия (сигнал на приборе). Чувствительность – минимальная величина выявляемого дефекта: R – 0, 5 – 3%; g - 2-5% от толщины просвечиваемого материала. Принцип R- контроля показан на рисунке. При наличии в сварном шве трещин, непроваров, пор R-лучи проходят через них легче, чем через основной шов – на пленке – темные точки, полосы.
А – анод; К – катод; 1 – рентгеновская трубка; 2 – сварной шов; 3 – фотопленка; 4 – кассета Рисунок - Схема R– контроля Аналогично осуществляется γ – графирование, но источником излучения является радиационная головка γ -дефектоскопа, в которой находится изотоп в защитном блоке. Выпуск и перекрытие пучка излучения производится специальным приводом. Оценка качества сварных швов по результатам просвечивания производится по 3-балльной системепо «Альбому эталонных снимков»: « 3 » - отсутствуют дефекты или отдельные газовые включения (поры) ≤ 0, 1S (≤ 2 мм), отдельные шлаковые включения ≤ 0, 3S (≤ 3мм) площадью ≤ 5 мм2 каждое; « 2 » - отдельные поры и включения ≤ 0, 1S (≤ 2 мм), шлаковые включения ≤ 0, 3S (≤ 5мм) площадью ≤ 15 мм2 каждое, цепочки пор и шлаковых включений. Суммарная протяженность всех дефектов ≤ 10% длины контролируемого участка; « 1 » - количество пор и шлаковых включений больше указанного выше, имеются непровары, трещины. 3, 2 - годные швы; 1 - подлежат исправлению с повторным контролем + 2 дополнительных («штрафных») снимка на каждом дефектном участке. Ультразвуковой контроль (УЗК) (ГОСТ 14782-76) основан на исследовании процесса распространения упругих колебаний (0, 5 – 25 МГц) в контролируемых соединениях. Сигнал от излучателя УЗК проходит через шов, попадая на приемник акустических колебаний. При наличии дефекта сигнал на приемнике будет ослаблен. Существуют ультразвуковые дефектоскопы двухстороннего действия и одностороннего (если нет доступа с противоположной стороны). Таким образом, УЗК позволяет обнаружить дефекты, для «расшифровки» эти участки подвергают R и g - контролю. Магнитный метод основан на исследовании магнитных полей рассеяния на намагниченном контролируемом изделии, подразделяется на: - магнитопорошковый – после намагничивания изделия сварной шов опыливают магнитным порошком или суспензией (смесь магнитного порошка с керосином или маслом) – в зоне дефекта порошок распределяется неравномерно (скапливается у краев пор, трещин); - магнитографический – с одной стороны накладывают ферро магнитную пленку, а затем намагничивают шов соленоидом. В зависимости от вида и величины дефектов в соответствующих местах пленки будет различная степень намагниченности. Объем и способ контроля сварных швов определяются категорией конструкции и условиями сварки. Категории конструкций: I - прочные конструкции, выполняемые в неблагоприятных условиях (монтажные швы); II - прочные конструкции (внутрисекционные соединения); III - конструкции, в которых напряжения не достигают нормы (например, конструкции основного корпуса в оконечностях); IV - «легкие» конструкции. Для транспортных судов объем и методы контроля сварных швов принимаются в соответствии с рисунком.
Рисунок - Объем и методы контроля сварных швов конструкций в зависимости от категории конструкции
Контрольные вопросы: 1. Объясните принцип работы (состав) сварочного преобразователя. Почему он называется «преобразователем»? Расшифруйте марки преобразователей, приведенные в таблице 4. Сравните область их применения (сопоставьте с маркировкой).
Раздел 1 Основы сварки металлов |
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 741; Нарушение авторского права страницы
, (3)
.