Техника и технология выполнения швов в различных пространственных положениях

Краевое государственное бюджетное образовательное учреждение

начального профессионального образования

«Профессиональное училище № 46»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техника и технология выполнения швов в различных пространственных положениях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бийск 2014

 

 

 

 

 

Содержание

1 Введение           3

2 Описание процесса         4

2.1 Классификация дуговой сварки     5

2.2 Способ ручной дуговой сварки      8

2.3 Применяемые сварочные материалы      8

3  Техника и технология  ручной дуговой сварки      11

3.1 Техника  сварки         13

3.2 Выполнения швов в различных пространственных положениях 16

3.3 Выполнения кольцевых швов       19

4        Изготовление урны         22

4. Наименование конструкции и ее назначение    22

4.2 Краткое описание применяемых материалов    22

4.3 Проектирование формы конструкции     24

4.4 Разработка технологии изготовления заготовок «урны»  28

4.5 Техника безопасности при выполнении сварных работ  34

4.6 Контроль качества сварки       36

4.7 Определение нормы времени на сварку «урны»   37

5 Заключение           39

6 Список используемой литературы       40

7 Словарь            41

8 Приложение          42

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Введение

 

Сварка является одним из  наиболее распространенных технологических процессов соединения материалов, благодаря которому создано много новых изделий, машин и механизмов. Сварное исполнение многих видов металлоконструкций позволило эффективно использовать заготовки, полученные прокатной, гибкой, штамповкой, литьем и ковкой, а также металлы с различными Физико-химическими свойствами. Сварные конструкции по сравнению с литыми, коваными и клепаными обладают большей прочностью, меньшей массой и менее трудоемки в изготовлении. С помощью сварки получают неразъемные соединения почти всех металлов и сплавов различной толщины. Нет такой отрасли промышленности, где бы ни применялись сварка, резка металлов или их наплавка на поверхность деталей.

Начало ХХ в. можно назвать периодом перехода к новой технологии соединения металлов – сварке. В конце XIX в. – начале ХХ в. дуговую сварку по способам Бенардоса и Славянова продолжали применять в России и за рубежом главным образом на железных дорогах, на крупных машиностроительных и металлургических предприятиях. Усовершенствование технологии сварки позволило применять ее не только для ремонта простых изделий, но и для более ответственных работ. Внедрение электросварки в производство металлических конструкций происходило на основе разработанных рекомендаций по итогам исследований. Впервые веское слово сказала сварочная наука. В дальнейшем будут изучены свойства сварочного дугового разряда, его электроэнергетические особенности и процессы превращения электрической энергии в тепловую.

Целью моей работы является раскрытие темы техники и технология выполнения швов в различных пространственных положениях, рассмотрение классификации дуговой сварки и способов сварки.

 

 

 

 

 

 

2  Описание процесса дуговой сварки

Сварка — процесс получения неразъёмного соединения посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Сварка, в зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, подразделяются на три класса:

Термический класс: виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии.

Термомеханический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления.

Механический класс: виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления.

Дуговая сварка - процесс, при котором теплота, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда, возникающего между свариваемым металлом и электродом.

К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания электрической дуги от сварочного трансформатора подводится электроэнергия (рис. 1).

Рис. 1. Дуговая сварка

 

Под действием теплоты электрической дуги кромки свариваемых деталей и электродный металл расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в расплавленном состоянии. В сварочной ванне металл электрода смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность, образуя защитную плёнку. При затвердевании металла образуется сварное соединение. Энергия, необходимая для образования и поддержания электрической дуги, получается от специальных источников питания постоянного или переменного тока.

В процессе электросварки могут быть использованы плавящиеся и неплавящиеся электроды. В первом случае формирование сварного шва происходит при расплавлении самого электрода, во втором случае — при расплавлении присадочной проволоки (прутков и т. п.), которую вводят непосредственно в сварочную ванну.

Для защиты от окисления металла сварного шва применяются защитные газы (аргон, гелий, углекислый газ и их смеси), подающиеся из сварочной головки в процессе электросварки.

2.1 Классификация дуговой сварки

 

Классификация дуговой сварки производится в зависимости от степени механизации процесса, рода тока и полярности, типа сварочной дуги, свойств сварочного электрода, вида защиты зоны сварки от атмосферного воздуха и др.

По степени механизации различают:

• ручную дуговую сварку
• полуавтоматическую дуговую сварку
• автоматическую дуговую сварку

Отнесение процессов к тому или иному способу зависит от того, как выполняются зажигание и поддержание определённой длины дуги, манипуляция электродом для придания шву нужной формы, перемещение электрода по линии наложения шва и прекращения процесса сварки.

При ручной дуговой сварке указанные операции, необходимые для образования шва, выполняются человеком вручную без применения механизмов.

При полуавтоматической дуговой сварке  плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются вручную.

При автоматической дуговой сварке под флюсом механизируются операции по возбуждению дуги, поддержанию определённой длины дуги, перемещению дуги по линии наложения шва. Автоматическая сварка плавящимся электродом ведётся сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режим сварки (ток, напряжение, скорость перемещения дуги и др.) более стабилен, что обеспечивает однородность качества шва по его длине, в то же время требуется большая точность в подготовке и сборке деталей под сварку.

По роду тока различают:

• электрическая дуга, питаемая постоянным током прямой полярности (минус на электроде)
• электрическая дуга, питаемая постоянным током обратной (плюс на электроде) полярности
• электрическая дуга, питаемая переменным током

По типу дуги различают:

• дугу прямого действия (зависимую дугу)
• дугу косвенного действия (независимую дугу)

В первом случае дуга горит между электродом и основным металлом, который также является частью сварочной цепи, и для сварки используется теплота, выделяемая в столбе дуги и на электродах; во втором — дуга горит между двумя электродами.

По свойствам сварочного электрода различают:

• способы сварки плавящимся электродом

• способы сварки неплавящимся электродом (угольным, графитовым и вольфрамовым)

Сварка плавящимся электродом является самым распространённым

способом сварки; при этом дуга горит между основным металлом и металлическим стержнем, подаваемым в зону сварки по мере плавления. Этот вид сварки можно производить одним или несколькими электродами. Если два электрода подсоединены к одному полюсу источника питания дуги, то такой метод называют двухэлектродной сваркой, а если больше — многоэлектродной сваркой пучком электродов. Если каждый из электродов получает независимое питание — сварку называют двухдуговой (многодуговой) сваркой. При дуговой сварке плавлением КПД дуги достигает 0,7-0,9.

По условиям наблюдения за процессом горения дуги различают:

• открытую
• закрытую
• полуоткрытую дугу

При открытой дуге визуальное наблюдение за процессом горения дуги производится через специальные защитные стёкла — светофильтры. Открытая дуга применяется при многих способах сварки: при ручной сварке металлическим и угольным электродом и сварке в защитных газах. Закрытая дуга располагается полностью в расплавленном флюсе — шлаке, основном металле и под гранулированным флюсом, и она невидима. Полуоткрытая дуга характерна тем, что одна её часть находится в основном металле и расплавленном флюсе, а другая над ним. Наблюдение за процессом производится через светофильтры. Используется при автоматической сварке алюминия по флюсу.

По роду защиты зоны сварки от окружающего воздуха различают:

• дуговая сварка без защиты (голым электродом, электродом со стабилизирующим покрытием)
• дуговая сварка со шлаковой защитой (толстопокрытыми электродами, под флюсом)
• дуговая сварка со шлакогазовой защитой (толстопокрытыми электродами)
• дуговая сварка с газовой защитой (в среде защитных газов) (MIG-MAG)
• дуговая сварка с комбинированной защитой (газовая среда и покрытие или флюс)

Стабилизирующие покрытия представляют собой материалы, содержащие элементы, легко ионизирующие сварочную дугу. Наносятся тонким слоем на стержни электродов (тонкопокрытые электроды), предназначенных для ручной дуговой сварки.

Защитные покрытия представляют собой механическую смесь различных материалов, предназначенных ограждать расплавленный металл от воздействия воздуха, стабилизировать горение дуги, легировать и рафинировать металл шва.

Наибольшее применение имеют средне — и толстопокрытые сварочные электроды, предназначенные для ручной дуговой сварки и наплавки, изготовляемые в специальных цехах или на заводах.

 

2.2 Способы ручной дуговой сварки

 

Общепринятые обозначения:

РДС – ручная дуговая сварка (преимущественно в советской литературе);

MMA – Manual Metal Arc (Welding) – ручная металлическая дуговая сварка;

SMAW – Shielded Metal Arc Welding – металлическая  дуговая сварка в защитной  атмосфере;

E – международный символ ручной  дуговой сварки.

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 (рисунок 2). Кристаллизация основного металла и металла электродного стержня образует сварной шов.

 

2.3     Применяемые сварочные материалы

 

Сварочными материалами называют расходные материалы, используемые при сварке. Сварочные материалы могут выполнять следующие функции:

• обеспечение необходимых геометрических размеров сварного шва;
• получение металла сварного шва с требуемым химическим составом и свойствами;

• обеспечение защиты расплавленного металла от воздействия воздуха – газовой, шлаковой или газошлаковой;
• обеспечение стабильности процесса сварки;
• удаление вредных примесей из металла шва.

Виды сварочных материалов:

Сварочные электроды и присадочные прутки плавящиеся электроды с покрытием (с кислым, основным, рутиловым, целлюлозным, смешанным покрытием), неплавящиеся электроды

Сварочная проволока сплошная, порошковая, активированная

Флюсы защитные и электропроводные

Газы защитные (инертные и активные), горючие газы и газы, поддерживающие горение.

Керамические подкладки для сварки стыковых швов, угловых и тавровых швов, всепозиционные, круглые и др. виды

Сварочные электроды и проволока обеспечивают подачу электрического питания в зону сварки для нагрева. Плавящиеся покрытые электроды, порошковая и активированная проволока, защитный флюс для дуговой сварки содержат специальные компоненты, которые могут предназначаться для защиты металла от воздуха, поддержания стабильности процесса сварки, получения необходимого химического состава металла шва и т.п.

При ручной дуговой сварке основное распространение получил плавящийся покрытый электрод. Электрод состоит из электродного стержня и электродного покрытия (рис. 2).

 

 

 

 

Рис. 2. Схема сварки покрытым металлическим электродом

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 расплавленного металла от активных газов атмосферного воздуха, расскислители, рафинирующие элементы, легирующие элементы; связующие; пластификаторы.

Электроды изготавливаются из электропроводного материала и предназначены для подвода электрического тока к месту сварки. Виды электродов: металлические – стальные, чугунные, медные, латунные, вольфрамовые, бронзовые и др.;

Покрытые электроды для ручной сварки (рис. 6) представляют собой стержни длиной, как правило, от 250 до 700 мм, изготовленные из сварочной проволоки с нанесенным на нее слоем покрытия. Один из концов электрода длиной 20–30 мм не имеет покрытия для его крепления в электрододержателе.

Покрытие электрода имеет сложный химический состав и предназначено для защиты расплавленного металла от окисления кислородом воздуха и легирования металла сварного шва. Защита металла от воздуха осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия. В состав покрытия электродов входят также специальные добавки, которые обеспечивают стабильное горение дуги при сварке на переменном и постоянном токе.

Существует много типов и марок электродов. Проще всего последовать рекомендациям изготовителя сварочных аппаратов и применять уже испытанные электроды.  Для сварки на переменном токе можно использовать электроды марок МРЗ, АНОЗ, ОЗС4, а для сварки на постоянном токе - УОНИ 13/45. Электроды АНО-21 и АНО-21М работают и на постоянном, и на переменном токе. Они обеспечивают стабильное горение дуги и прочное сварочное соединение, с которого шлак легко удаляется. Различают электроды длиной 30 или 40 см, диаметром 1,5; 2; 3; 4 и 5 мм. Чем толще металлический лист, подвергаемый сварке, тем толще должен быть электрод и тем больше должна быть сила тока.

 

                             3 Техника и технология  ручной дуговой сварки

 

  Подготовка  металла  под  сварку   заключается  в  правке,  очистке,  разметке,  резке,  и  обработке  кромок.

  Правкой устраняют  дефекты  прокатной  стали,  полученные  ею  во  время  погрузки,  разгрузки,  хранении  и  транспортировки.

  Применяются  правильные  станки,  прессы, вальцевые станки,  если  в  этом  есть  необходимость,  ручная  правка,  с  применением  наковальни  или  правильной  плиты,  молотка  и  кувалды.  При  правке  углового  проката  могут  еще  использоваться  тиски.  Качество  правки  будет  проверяться  с  помощью  металлической  линейки.  Для  этой  цели  она  будет  устанавливаться  ребром  на  проверяемую  поверхность.  Длина  и  высота  просвета  будут  говорить  о  качестве  правки.  Чем  меньше,  тем  лучше.

  Разметка– это  процесс  переноса  размеров  детали  с  чертежа  на  металл  в  натуральную  величину.

  При  разметке  заготовок    конструкции    используется  следующий  инструмент:  рулетка,  мел,  чертилка,  металлическая  линейка,  уголок.  Для компенсации усадки сварных швов после их кристаллизации применяется  припуск в 1мм  на  каждый  поперечный  стык.

  Для резки  заготовок  из  листового  материала  имеющих  прямоугольную  форму, целесообразно  применить  гильотину.  Резка  на  гильотине  обеспечивает  ровность  реза,  и  нет  необходимости  в  обработке  кромок.  Угловой  и профильный прокат  может  разрезаться  ручной  ножовкой  по  металлу, или на мехножовке. 

 Очистка  деталей  под  сварку  заключается  в  удалении  с  поверхности  металла  ржавчины,  окалины,  загрязнений  и  заусенцев.  Очистку  можно  выполнять  на  специальном  оборудовании,  или в ручную.  Из  инструментов    применяется:  металлическая  щетка,  напильник  и  при  необходимости – зубило  и  молоток.  Особое  внимание необходимо  уделить  будущим  зонам  сварки.

      

Сборка  заготовок  под  сварку   составляет  30%  от  трудоемкости  всего  процесса.  Собираются  элементы  конструкций    на  прихватках и с помощью специальных сборочных приспособлений.  Прихватки  представляют  собой  неполноценные  (сечением  до  ⅓  сечения  шва) короткие  швы.  Длина  прихватки  может  колебаться  от 2  до  100мм,  в  зависимости  от  толщины  свариваемого  металла  и  длины  шва.             

Расстояние  между  прихватками  так же  может  составлять  50 – 500мм.  Расстояние  от  края  шва  до  первой  прихватки должно  составлять не менее 10мм,  чтобы  можно  было  хорошо  проварить  начало  и  окончание  шва.  Электрод  при  сборке  применяется  на  10-15%  больше  сварочного.

Точность  сборки    проверяется  с  помощью  рулетки и  угольника – визуально. Необходимо, чтобы собранная под сварку дверь имела прямоугольную форму. Конструкция будет удовлетворять этим требованиям, если ее диагонали равны между собой, и противоположные стороны находятся в одной плоскости. 

Выбор  режима  сварки.

Под  режимом  сварки  понимается  совокупность  параметров,  определяющих  процесс  её  протекания.

К  основным  параметрам  режима  ручной дуговой  сварки  относятся:  диаметр  электрода,  сварочный  ток,  напряжение  на  дуге  и  скорость  сварки.

К  дополнительным  относятся:  род  и  полярность  тока,  тип  и  марка   электрода,  угол  наклона  электрода  и  изделия, а  также  начальная  температура  изделия.

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 (приложение табл. 1,2, 3).

 

 

 

 

Силу сварочного тока определяют по формуле

 

Iсв=πdэ2*j/4,

 

где dэ - диаметр электрода (электродного стержня), мм;

j - допускаемая плотность тока, А/мм2.

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.

3.1  Техника  сварки

Зажигание  дуги между  концом  электрода  и  изделием  выполняется  в  два  приема:  коротким  замыканием  конца  электрода  с  изделием,  и  отрывам  электрода  от  поверхности  изделия  на  расстояние,  равное  примерно  диаметру  электрода. Существует  два  способа  зажигания  дуги:  впритык  и  чирканьем. 

Длина  дуги  должна  составлять  (0,5 – 1,1)Фэл. Она зависит от марки электрода, положения шва в пространстве и некоторых других факторов. Длинная  дуга неустойчива, глубина её проплавления снижается и ухудшается качество шва. Снижение длины дуги приведет к возникновению прожогов, короткому замыканию, насыщению шва газами и шлаками. От постоянства длины дуги напрямую зависит качество шва.

Положение электрода (рис. 3):

 

 

 

 

 

 

а б                          в                               г

45˚

15˚  

45˚

 

 

 

 

    15˚                                                                                                           45˚

                                   15˚                         15˚                                   

 

Рис. 3 Положение электрода при выполнении швов конструкции:

а) стыкового, б) углового, в) таврового, г) нахлесточного.

Для получения плотного шва, при сварке, электрод должен быть наклонен примерно на 15˚ от вертикали в сторону ведения шва углом назад. При выполнении  стыкового шва, когда толщина основного металла позволяет выдерживать это положение.

 При сварке углового шва, наклон электрода по ходу сварки также составляет 15˚, а в поперечном сечении 15-20˚ в сторону горизонтальной пластины (п. б).

При выполнении таврового шва  угол наклона электрода тоже будет составлять 15˚ по ходу сварки (п. в). А так как этот шов будет выполняться наклонным электродом, то в поперечной плоскости угол наклона к одному из элементов должен равняться 45˚. Аналогичное положение должен занимать электрод при сварке нахлесточным швом (п. г). В поперечной плоскости наклон электрода к листу должен быть так же 45˚.

  Наклон электрода вдоль шва  регулируется сварщиком по степени  его нагрева. Вначале сварки он ближе к вертикальному, по мере нагрева шва и изделия наклон меняется в сторону шва.

Движения электроду (рис. 4) в процессе сварки сообщаются в трех направлениях. Первое движение – поступательное, направленное по оси электрода в дугу. Этим движением поддерживается постоянная длина дуги, в зависимости  от скорости плавления электрода

 

 

 

 

 

Рис. 4. Движения электрода:

Второе движение – это перемещение  электрода вдоль оси валика шва, для его образования. Скорость этого движения  устанавливается в зависимости  от силы тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов.

Третье движение (рис. 5) – это перемещение электрода поперек шва, для получения требуемой ширины и глубины проплавления. Поперечные колебания концом электрода определяются формой разделки кромок, размерами и положением шва, свойствами свариваемого металла и навыком сварщика. Ширина швов, получаемых с применением поперечных колебательных движений концом электрода, обычно составляет  (1,5  - 5)Фэл.

При сварке чаще всего применяются  манипуляция электродом в виде ломаной линии (а) и полумесяца (б, в). При сварке  шарниров  – в виде треугольника (г). 

 

 

   а             б                в               г                 д

 

 

 

 

 

Рис. 5. Основные виды поперечных движений концом электрода:

а,б,в – для равномерного прогрева шва; г – для усиленного прогрева корня шва; д – для усиленного прогрева кромок шва.

 

3.2 Техника выполнения швов в различных пространственных положениях

 

При сварке  в нижнем пространственном положении швы получаются высокого качества, так как в этом случае легко выделяются неметаллические включения и газы из расплавленного металла сварочной ванны.

В зависимости от протяженности шва, свойств свариваемого металла, требований к точности и качеству сварных соединений  сварка швов может выполняться различными способами (рис. 6)

а                                                        б                                                   в  

 

Рис. 6. Схемы  заполнения по длине однослойных швов: а – напроход, б – от середины к краям, в – обратноступенчатым способом.

При ручной сварке в нижнем положении основная проблема состоит в том, чтобы обеспечить полное проплавление сечения без образования прожогов.

На рисунке 7 приведены различные варианты выполнения швов в нижнем положении. При сварке односторонних швов на весу (рисунок А), как правило, очень трудно избежать непроваров или прожогов, поэтому для односторонних швов обычно применяют способы удержания сварочной ванны:

сварка на съемной медной подкладке (рисунок Б);

сварка на остающейся стальной подкладке (рисунок В);

наложение подварочного шва (рисунок Г);

вырубка непровара с последующей заваркой корня шва (рисунок Д).

Рис. 7. Способы удержания сварочной ванны

1 – съемная медная подкладка; 2 – остающаяся стальная подкладка; 3 – основной шов; 4 – подварочный шов .

Сварку угловых швов в нижнем положении можно выполнять двумя способами: при повороте изделия на 45° (так называемое положение «в лодочку») и наклонным электродом (рис. 15). Сварка «в лодочку» более предпочтительна, так как при сварке наклонным электродом из-за отекания расплавленного металла трудно предупредить подрез по вертикальной плоскости и обеспечить провар по нижней плоскости.