Ручная дуговая сварка. 2
Ручная дуговая сварка
Покрытыми металлическими
электродами
При ручной дуговой сварке покрытыми металлическими электродами, сварочная дуга горит с электрода на изделие, оплавляя кромки свариваемого изделия и расплавляя металл электродного стержня и покрытие электрода. Кристаллизация основного металла и металла электродного стержня образует сварной шов.
Электрод состоит
из электродного стержня и электродного
покрытия . Электродный стержень – сварочная
проволока; электродное покрытие – многокомпонентная
смесь металлов и их оксидов. По функциональным
признакам компоненты электродного покрытия
разделяют:
Газообразующие:
защитный газ;
ионизирующий газ;
Шлакообразующие:
для физической изоляции
раскислители;
рафинирующие элементы;
легирующие элементы;
Связующие;
Пластификаторы.
Техника выполнения шва и режим сварки
Зажигание сварочной
дуги
Перед зажиганием (возбуждением)
дуги следует установить необходимую
силу сварочного тока, которая зависит
от марки электрода, типа сварного соединения,
положения шва в пространстве
и др.
Зажигание (возбуждение)
производиться двумя способами.
При первом способе электрод подводят
перпендикулярно к месту начала
сварки и после сравнительно легкого
прикосновения к изделию
Применение того или иного способа зажигания дуги зависит от условий сварки и от навыка сварщика.
Положение и перемещение
электрода при сварке
Положение электрода
зависит от положения шва в
пространстве. Различают следующие
положения швов: нижнее, вертикальное
и горизонтальное на вертикальной плоскости,
потолочное. Сварку вертикальных швов
можно выполнять сверху вниз и
снизу вверх.
При сварке в нижнем
положении электрод имеет наклон
от вертикали в сторону
При отсутствии поперечных
колебательных движений конца электрода
ширина валика равна (0,8 - 1,5) d электрода.
Такие швы (или валики) называют узкими,
или ниточными. Их применяют при
сварке тонкого металла и при
наложении первого слоя в многослойном
шве.
Получение средних швов (или валиков), ширина которых обычно не более (2 - 4) d электрода, возможно за счет колебательных движений конца электрода.
Порядок выполнения
швов
В зависимости от
длины различают короткие (250 300 мм),
средние (350 1000 мм) и длинные (более 1000
мм) швы.
В зависимости от
размеров сечения швы выполняют
однопроходными или однослойными, многопроходными
или многослойными. Однопроходная сварка
производительна и экономична, но металл
шва недостаточно пластичен вследствие
грубой столбчатой структуры металла
шва и увеличенной зоны перегрева. В случае
многослойной сварки каждый нижележащий
валик проходит термическую обработку
при наложении последующего валика, что
позволяет получить измельченную структуру
металла шва и соответственно повышенные
механические свойства шва и сварочного
соединения.
Расположение слоев
при многослойной сварке бывает трех
видов наложения; последовательное
каждого слоя по всей длине шва, "каскадным"
способом и способом "горки". Оба
последних способа применяют
при сварке металла значительной
толщины (более 20 25 мм). При выполнении
многослойных швов особое внимание следует
уделять качественному
Подбор силы тока
и диаметра электрода
Силу сварочного
тока выбирают в зависимости от марки
и диаметра электрода, при этом учитывают
положение шва в пространстве,
вид соединения, толщину и химический
состав свариваемого металла, а также
температуру окружающей среды. При
учете всех указанных факторов необходимо
стремиться работать на максимально
возможной силе тока.
Таблица 1 - Выбор диаметра электрода при сварке стыковых соединений
Толщина деталей 1,5-2,0 3,0 4,0-8,0 9,0-12,0 13,0-15,0 16,0-20,0 более 20
Диаметр электрода
1,6-2,0 3,0 4,0 4,0-5,0
5,0
5,0-6,0
6,0-10,0
Таблица 2 - Выбор диаметра электрода при угловых и тавровых соединений
Катет шва 3,0 4,0-5,0 6,0-9,0
Диаметр электрода
3,0 4,0 5,0
Силу сварочного
тока определяют по формуле
Iсв=πdэ2*j/4,
где dэ - диаметр электрода (электродного стержня), мм;
j - допускаемая плотность
тока, А/мм2.
Таблица 3 - Значения допускаемой плотности тока в электроде
Вид покрытия Допускаемая плотность тока j в электроде, А/мм2, при диаметре электрода dэ, мм
Рудно-кислое, рутиловое 14,0-20,0 11,5-16,0 10,0-13,5 9,5-12,5
Фтористо-кальциевое
13,0-18,5 10,0-14,5 9,0-12,5 8,5-12,0
При приближённых подсчётах
величина сварочного тока может быть
определена по одной из следующих
формул:
Iсв=k*dэ
Iсв=k1*dэ1,5
Iсв=dэ*(k2+α*dэ)
где dэ - диаметр электрода
(электродного стержня), мм;
k1, k2, α - коэффициенты,
определённые опытным путём:
k1=20…25; k2=20; α=6.
Достоинства способа:
Простота оборудования;
Возможность
сварки во всех
Возможность
сварки в труднодоступных
Быстрый, по времени переход от одного вида материала к другому;
Большая
номенклатура свариваемых
Недостатки способа:
Большие
материальные и временные
Качество
сварного соединения и его
свойства во многом
Низкая производительность (пропорциональна сварочному току, увеличение сварочного тока приводит к разрушению электродного покрытия);
Вредные
и тяжёлые условия труда.
Рациональные области
применения:
Сварка на монтаже;
Сварка непротяжённых швов.
Проанализируйте применение
различных типов сварных
Термины и определения
основных понятий по сварке металлов
устанавливает ГОСТ 2601–84. Сварные
соединения подразделяются на несколько
типов, определяемых взаимным расположением
свариваемых деталей. Основными
из них являются стыковые, угловые,
тавровые, нахлесточные и торцовые соединения.
Для образования этих соединений и обеспечения
требуемого качества должны быть заранее
подготовлены кромки элементов конструкций,
соединяемых сваркой. Формы подготовки
кромок для ручной дуговой сварки стали
и сплавов на железоникелевой и никелевой
основе установлены ГОСТ 5264–80.
Стыковым соединением называют соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями.
ГОСТ 5264–80 предусмотрено 32 типа стыковых соединений, условно обозначенных Cl, C2, С28 и т.д., имеющих различную подготовку кромок в зависимости от толщины, расположения свариваемых элементов, технологии сварки и наличия оборудования скос их с двух или одной стороны. Кромки скашивают на строгальном станке или термической резкой (плазменной, газокислородной). Общий угол скоса (50±4)°, такая подготовка называется односторонней со скосом двух кромок. При этом должна быть выдержана величина притупления (нескошенной части) и зазор, величины которых установлены стандартом в зависимости от толщины металла. Шов стыкового соединения называют стыковым швом, а подварочный шов – это меньшая часть двустороннего шва, выполняемая предварительно для предотвращения прожогов при поседующей сварке основного шва или накладываемая в последнюю очередь, после его выполнения.
При подготовке кромок стали толщиной 8–120 мм. Обе кромки свариваемых элементов скашивают с двух сторон на угол (25±2)° каждую, при этом общий угол скоса составляет (50 ± ±4)°, притупление и зазор устанавливаются стандартом в зависимости от толщины стали. Такая подготовка называется двусторонней со скосом двух кромок. При этой подготовке усложняется обработка кромок, по зато резко уменьшается объем наплавленного металла по сравнению с односторонней подготовкой. Стандартом предусмотрено несколько вариантов двусторонней подготовки кромок: подготовка только одной верхней кромки, применяемая при вертикальном расположении деталей, подготовка с неравномерным пс толщине скосом кромок и др.
Угловым соединением называют соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев. Таких соединений насчитывается 10: от У1 до У10.
Для толщины металла 3 – 60 мм кромку примыкающего элемента скашивают под углом (45±2) 1°, сварной шов основной и под-варочиый. При этой же толщине и сквозном проваре можно обойтись без подварочного шва. Часто применяют угловое соединение со стальной подкладкой, которая обеспечивает надежный провар элементов по всему сечению. При толщине металла 8–100 мм применяют двустороннюю разделку примыкающего элемента под углом (45±2)°.
Тавровым соединением называют сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен угловыми швами к боковой поверхности другого элемента. Стандартом предусмотрено несколько типов таких соединений: с Т1 по Т9. Распространенным является соединение, для металла толщиной 2–40 мм. Для такого соединения никакого скоса кромок не делают, а обеспечивают ровную обрезку примыкающего элемента и ровную поверхность другого элемента.
При толщине металла 3–60 мм и необходимости сплошного шва между элементами, что предусматривается проектом конструкции, в примыкающем элементе делают разделку кромок под углом (45±2)°. На практике часто применяют тавровое соединение с подкладкой при толщине стали 8–30 мм, а также соединение с двусторонним скосом кромок примыкающего элемента при толщине стали 8–40 мм. Все эти соединения со скосом кромок примыкающего элемента обеспечивают получение сплошного шва и наилучшие условия работы конструкций
Нахлесточным соединением называют сварное соединение, в котором сваренные угловыми швами элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга. Стандартом предусмотрено два таких соединения: HI и Н2. Применяют иногда Из перечисленных сварных соединений наиболее надежными и экономичными являются стыковые соединения, в которых действующие нагрузки и усилия воспринимаются так же, как в целых элементах, не подвергавшихся сварке, т.е. они практически равноценны основному металлу, конечно, при соответствующем качестве сварочных работ. Однако надо иметь в виду, что обработка кромок стыковых соединений и их подгонка под сварку достаточно сложны, кроме того, применение их бывает ограничено особенностями формы конструкций. Угловые и тавровые соединения также распространены в конструкциях. Нахлесточные соединения наиболее просты в работе, так как не нуждаются в предварительной разделке кромок, и подготовка их к сварке проще, чем стыковых и угловых соединений. Вследствие этого, а также из-за конструктивной форме некоторых сооружений они получили распространение для соединения элементов небольшой толщины, но допускаются для элементов толщиной до 60 мм. Недостатком нахлесточных соединений является их неэкономичность, вызванная перерасходом основного и наплавленного металла. Кроме того, из-за смещения линии действия усилий при переходе с одной детали на другую и возникновения концентрации напряжений снижается несущая способность таких соединений.
Кроме перечисленных сварных соединений и швов при ручной дуговой сварке применяют соединения под острыми и тупыми углами по ГОСТ 11534–75, но они встречаются значительно реже. Для сварки в защитном газе, сварки алюминия, меди, других цветных металлов и их сплавов применяют сварные соединения и швы, предусмотренные отдельными стандартами. Например, форма подготовки кромок и швов конструкций трубопроводов предусмотрена ГОСТ 16037–80, в котором определены основные размеры швов для различных видов сварки.
Опишите циклограммы и особенности технологии точечной контактной сварки.
Точечная сварка
Основной тип соединения свариваемых деталей при точечной сварке - нахлёсточное (рис. 1).
Рис. 1. Схема нахлесточных соединений боковины кузова легкового автомобиля
Свариваемые детали 1 (рис. 2) собирают внахлёстку и зажимают усилием FCB между двумя электродами 2, подводящими ток большой силы (до нескольких десятков кА) к месту сварки от источника электрической энергии 3 невысокого напряжения (обычно 3-8 В). Детали нагреваются кратковременным (0,01-0,5 с) импульсом тока до появления расплавленного металла в зоне контакта 4. Нагрев сопровождается пластической деформацией металла и образованием уплотняющего пояска 5, предохраняющего жидкий металл от выплеска и от взаимодействия с воздухом. Теплота, используемая при сварке, зависит от сопротивления между электродами и выделяется при прохождении тока непосредственно в деталях, контактах между ними и контактах деталей с электродами. Сопротивления самих электродов должны быть незначительны, так как выделяющаяся в них теплота не участвует в процессе сварки. Поэтому сечение электродов должно быть относительно большим, а материал электродов - обладать большой электро- и теплопроводностью. Электроды для точечной сварки изготавливают главным образом из меди и её сплавов.
Рис. 2.
Схема точечной сварки
а - без увеличения давления; б - с увеличением давления при проковке; 1 - сжатие деталей; 2 - включение тока; 3 - проковка; 4 - снятие давления с электродов
Рис. 3. Стадии цикла и циклограммы точечной сварки
Перед сваркой
контактные поверхности деталей
зачищают металлической щеткой, пескоструйной
обработкой или травлением и обезжиривают
растворителями. Это необходимо для
обеспечения стабильного
Точечная сварка
в зависимости от расположения электродов
по отношению к свариваемым
1 - сварочный трансформатор; 2 - электроды; 3 - верхняя заготовка; 4 - нижняя заготовка; 5 - медная подкладка
Рис. 4. Схема односторонней точечной сварки
Режим точечной сварки может быть мягким и жестким.
Мягкий режим характеризуется плавным нагревом заготовок сравнительно небольшим током. Время протекания тока обычно 0,5 - 3 с. Мягкие режимы применяют для сварки сталей, склонных к закалке.
Жесткие режимы осуществляют при малой продолжительности (0,1 - 1,5 с) тока относительно большой силы. Давление электродов также большое. Эти режимы применяют при сварке алюминиевых и медных сплавов, обладающих высокой теплопроводностью, а также высоколегированных сталей с целью сохранения коррозионной стойкости: на мягких режимах возможно обеднение металла хромом за счет образования карбидов хрома.
Точечную сварку широко используют для изготовления штампосварных конструкций. Толщина свариваемых металлов в среднем составляет 0,5-8 мм. Для осуществления точечной сварки все более широкое использование получают сварочные роботы.
В многоточечных сварочных машинах, предназначенных для изготовления специальных сварных конструкций (элементы кузовов автомобилей, вагонов, различных панелей) одновременно сваривается несколько точек (или несколько десятков точек).
Для осуществления процесса точечной сварки применяют специальные машины контактной сварки (рис. 5), которые в процессе работы выполняют две основные функции - сжатие и нагрев соединяемых деталей. В конструкции любой машины условно можно выделить механическое и электрическое устройства.
Рис. 5. Общий вид машины точечной сварки (а) и её основные узлы (б)
Основной частью механического устройства машины для точечной сварки (рис. 3, б) служит корпус 1, на котором закреплены нижний кронштейн 2 с нижней консолью 3 и электрододержателем 4 с электродом и верхний кронштейн 7. Нижний кронштейн 2 обычно выполняют переставным или передвижным (плавно) по высоте, что дает возможность регулировать расстояние между консолями в зависимости от формы и размера свариваемых деталей.
На верхнем кронштейне установлен пневмопривод усилия сжатия электродов 6, с которым соединена верхняя консоль 5 с электрододержателем 4. Для управления работой пневмопривода на машине установлена соответствующая пневмоаппаратура 8. Привод усилия может быть также пневмогидравлическим, гидравлическим и др. Корпус, верхний и нижний кронштейны и консоли воспринимают усилие, развиваемое пневмоприводом, и поэтому должны иметь высокую жесткость.
Электрическая часть машины состоит из сварочного трансформатора 10 с переключателем ступеней 11, контактора 12 и блока управления 9. Часто аппаратура управления смонтирована в отдельном шкафу управления. Контактор 12 подключает сварочный трансформатор к электрической питающей сети и отключает его.
Электрическое устройство машины предназначено для обеспечения необходимого цикла нагрева металла в зоне сварки. К электрическому устройству относится также вторичный контур машины, который образуют токоподводы, идущие от трансформатора к свариваемым деталям. Ток от трансформатора через жесткие и гибкие шины подводится к верхней 5 и нижней 3 консолям с электрододержателями 4. Консоли и электрододержатели с электродами участвуют в передаче сварочного тока и усилия и поэтому одновременно являются частями электрического и механического устройств машины.
Все части вторичного контура изготавливают из меди или медных сплавов, имеющих высокую электропроводность. Большинство элементов вторичного контура, сварочный трансформатор и контактор имеют внутреннее водяное охлаждение.
Рис. 3. Связь основных свойств металлов с параметрами процесса контактной сварки.
Назовите и охарактеризуйте неразрушающие методы контроля качества сварных работ.
Неразрушающие методы используют для проверки качества швов без их разрушения. При неразрушающих испытаниях, осуществляемых обычно на самих изделиях, оценивают те или иные физические свойства, косвенно характеризующие прочность или надежность соединений. Эти свойства, а точнее их изменение, обычно связаны с наличием дефектов. В связи с этим с помощью данных методов можно узнать местоположение дефектов, их размер и характер, что объясняет их обобщенное название – дефектоскопия. Все неразрушающие методы дефектоскопии различаются физическими явлениями, положенными в их основу.
Общая схема неразрушающего контроля (рис. 1) включает:
- объект контроля О;
- излучающий И и приемный П преобразователи;
- излучатель СИ и приемник СП сигналов;
- индикаторное устройство ИУ.
Рис. 1. Общая схема неразрушающего контроля
Сигналы от излучателя и приемника поступают на индикаторное устройство и служат для принятия решения Р о дефектности или качестве объекта. В настоящее время при контроле сварных соединений и изделий применяются в той или иной мере все перечисленные методы оценки качества, так как универсального не существует. Поэтому важен не только правильный выбор метода контроля, но и их комбинация, сочетание неразрушающих и разрушающих испытаний. Главными критериями при этом должны быть выявляемость наиболее опасных дефектов данным методом, стоимость и производительность контроля. Оптимальным будет такое их сочетание, которое обеспечивает достаточно высокое качество соединений при минимальных затратах и необходимой производительности контроля.
Методы НРК подразделяются на следующие виды: акустические, вихретоковые, магнитные, оптические проникающими веществами (капиллярные и течеисканием), радиационные, радиоволновые, тепловые, электрические. При контроле сварных соединений чаще применяются четыре метода: радиационные, акустические, магнитные и испытания проникающими веществами.
К неразрушающим
методам близки так называемые безобразцовые
испытания, сопровождающиеся небольшими
нарушениями целостности материала, но
не изделия в целом (например, измерение
твердости), внешний осмотр, а также контроль
параметров процесса сварки.
Методы НРК подразделяются на следующие виды: акустические, Магнитные и вихретоковые методы контроля
Магнитные методы контроля применяются для ферромагнитных материалов. Они основаны на измерении и анализе результатов взаимодействия электромагнитного поля с контролируемым объектом. При наличии в шве несплошностей, вследствие меньшей магнитной проницаемости дефекта, магнитный силовой поток будет огибать дефект, создавая магнитные потоки рассеяния (рис. 182).
Рис. 182.
Схема магнитного
контроля:
1 - магнитное поле; 2 -
дефект; 3 - искажение
магнитного поля; 4 —
магнитный порошок; 5
— скопление порошка
Изделия контролируют в наложенном постоянном или переменном магнитном поле либо после намагничивания в остаточном поле. Намагничивают детали постоянным, импульсным униполярным, переменным или комбинированным магнитным полем. После контроля детали размагничивают нагревом выше точки Кюри или переменным магнитным полем с амплитудой, равномерно уменьшающейся от некоторой максимальной величины (равной или несколько большей амплитуды намагничивающего поля), до нуля.
По приемам регистрации магнитных полей и их неоднородностей магнитные методы контроля подразделяют на магнитопорошковый, магнитографический, магнитоферрозондовый, индукционный, вихретоковый и др.
При магнитопорошковом методе на поверхность намагниченной детали наносят ферромагнитный порошок. Под действием магнитных полей частицы порошка скапливаются над дефектами. Возможно выявление тонких и мелких трещин с раскрытием больше 0,0025 мм и высотой не менее 0,025 мм. В стыковых сварных соединениях с усилением, выполненных автоматической сваркой, выявляются трещины с раскрытием не менее 0,01 мм и высотой не менее 0,1 мм, в соединениях, выполненных ручной сваркой, - соответственно 0,025 мм и 0,25 мм. Можно использовать порошки разного цвета. Для деталей с блестящей светлой поверхностью применяют черный порошок магнетита Fе3О4. При контроле деталей с черной поверхностью используют цветные, окрашенные или отожженные, кирпично-красные, серебристые или темно-коричневые порошки либо люминисцентные порошки, светящиеся при ультрафиолетовом облучении. Часто для удобства нанесения используют магнитные, в том числе магнитолюминисцентные, суспензии на масляно-керосиновой или водной основе (5...6 г мыла, 1 г жидкого стекла, 50... 100 г магнитного порошка на 1 л воды).
Подготовка деталей к контролю заключается в очистке их поверхностей от отслаивающейся ржавчины и грязи. Если применяется сухой метод контроля или используется водная суспензия, то контролируемые поверхности следует очистить от смазки и масла. Иногда перед выполнением контрольных операций контролируемые поверхности покрывают тонким просвечивающимся слоем белой краски или белого нитролака, чтобы черный порошок был лучше виден. Преимущества магнито-порошкового метода: высокая чувствительность к тонким и мелким трещинам, простота, оперативность и наглядность, возможность применения для деталей практически любых форм и размеров.
При магнитографическом методе магнитные поля рассеяния записывают на магнитную ленту, наложенную на участок контроля. Магнитные ленты состоят из основы толщиной 100 мкм, сделанной из триацетата или лавсана, и магнитного слоя толщиной 10...20 мкм, состоящего из окиси железа, взвешенной в лаке. Они могут использоваться многократно. Записи на ленте преобразуются в электрические сигналы и наблюдаются на экране дефектоскопа. В автоматических устройствах применяется непрерывная запись и воспроизведение с бесконечной магнитной ленты в виде петли.
Преимущества
магнитографического метода контроля:
высокая разрешающая
При магнитоферрозондовом методе используются датчики - феррозонды. Они имеют катушки, генерирующие магнитное поле, взаимодействующее с остаточным или наведенным полем контролируемой детали. При попадании дефекта в зону взаимодействия этих полей в катушках датчика возникнет электрический сигнал, по его величине судят о дефекте. Этот метод имеет высокую чувствительность, но для обеспечения достоверности результатов поверхность изделия должна иметь хорошую чистому обработки.
При индукционном методе для регистрации магнитных полей рассеяния, образующихся около дефектов в намагниченной детали, используют катушку, которую двигают вдоль шва с постоянной скоростью. Магнитным полем детали в катушке наводится электродвижущая сила (ЭДС). В местах рассеяния поля ЭДС изменяется - образуется электрический сигнал, по которому судят о дефекте. Катушка намотана на сердечнике из металла с высокой магнитной проницаемостью - вместе они составляют магнитную индукционную головку. Она проще феррозонда, так как не требует генератора для питания. Метод отличается повышенной надежностью, может работать в сильных магнитных полях, однако требует перемещения магнитной головки с постоянной скоростью вдоль направления магнитного поля, при этом щель рабочего зазора в сердечнике должна быть перпендикулярна к направлению движения. Поэтому его рационально применять в массовом производстве (при большой длине швов). Индукционный метод используется, например, для контроля сварных труб, перемещающихся относительно индукционной головки. Магнитные методы контроля широко применяются для ферромагнитных материалов, преимущественно для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов в стыковых швах. Достоинства магнитных методов: высокая производительность, безвредность, экономичность. Основные недостатки: усиление шва существенно снижает чувствительность магнитных методов контроля. Объемные включения выявляются хуже, чем плоские трещиноподобные.