Технология зварювання тавровои балки №7

1.1

Введение

Электросварка — один из способов сварки, использующий для нагрева и расплавления металла  электрической дуги.

Температура электрической дуги (до 5000°С) превосходит  температуры плавления всех существующих металлов.

У истоков  создания электродуговой сварки стояли выдающиеся русские ученые: В.В. Петров, Н.Н. Бенардос и Н.Г. Славянов, прославившие Россию крупнейшими изобретениями  второй половины XIX в., которые до наших  дней не утратили своего значения.

ьооооооооооооооооооооооооооооолллллллллллллллллллллллллллллллллллллллллллллллллллллл

Василию Владимировичу  Петрову принадлежит честь открытия электродугового разряда. В 1802 г., через  три года после создания итальянским  физиком А. Вольта нового источника, способного давать электрическую энергию  в результате химических реакций, профессор  петербургской Медико-хирургической  академии В.В. Петров построил самый  крупный для того времени источник тока – батарею из 4200 пар медных и цинковых кружков, проложенных  бумагой, смоченной водным раствором  нашатыря. К ее медному полюсу он присоединил первоначально медную, а затем стальную проволоку с  конусной шляпкой, к цинковому полюсу – стальную осургученную проволоку, на острие которой иногда надевал древесный уголек. Именно ей и было суждено стать исторической: на ней впервые в мире была получена электрическая дуга, которая сейчас лежит в основе многих технологических процессов, в том числе и дуговой сварки. При замыкании проволоки со шляпкой на уголек или металл по замкнутой цепи протекал электрический ток, а при размыкании образовывалась электрическая дуга.

Однако открытие В.В. Петрова значительно опередило  свое время. До практического применения электрической дуги для сварки и  резки металлов потребовалось около 80 лет.

Надо было появиться на свет другому русскому умельцу-самородку, Николаю Николаевичу  Бенардосу, который на основании  электрической дуги и достижений мировой электротехники создал принципиально  новый способ сварки и резки металлов – электродуговой.

Н.Н. Бенардос сделал большое количество оригинальных изобретений, многие из которых не потеряли значения и сейчас. Большое количество изобретений сделал он и в области электротехники. И самым важным из них, принесшим ему мировую славу, явился разработанный им в 1882 г. способ электродуговой сварки.

Примерно  так и зародилась электродуговая сварка

 

Содержание

1.Введение

2.Подробная характеристика, материала детали.

3. Технологический процес сварки.

3.1 Подготовка металла к сварке.

3.2 Выбор сварочных материалов.

3.3 Расчет режима сварки.

3.4 Выбор источника питания дуги.

4. Контроль качества готовой продукции.

4.1. Виды дефектов.

4.2 Виды контроля.

5. Организация труда и рабочего места.

6. Техника безопасности.

7. Список литературы.

 

2

Подробная характеристика, материала  детали.

Технология зварювання тавровои балки  №7

Сталь 15ХГС 

Фаска т7

Толщина 4 мм

Стали типа Хромансиль ( хромокремнемарганцовистые  стали) марок 15ХГС, 25ХГС, ЗОХГС и 35ХГС  относятся к низколегированным  конструкционным сталям повышенной прочности. Стали типа Хромансиль образуют при сварке закалочные структуры. В  зависимости от толщины металла  применяют однослойную и многослойную сварку с малыми интервалами времени  между наложением слоев.

С	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu	As
0.12-0.18	0.4-0.7	0.9-1.3	До 0,3	До 0,04	До 0,035	0,5-0,8	До 0,012	До 0,3	До 0,08

Хим состав стали 15ХГС.

 

Технологические свойства материала 15ХГС.

Свариемость:	ограниченно свариемая.
Флокеночувствительность:	не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	склонна.

 

 

Механические свойства при Т=20oС материала 15ХГС .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	У	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Лист, ГОСТ 5520-79			490	345	22		340-390

 

Обозначения:Механические свойства :

sв  - Предел кратковременной прочности , [МПа]

sT  - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]

d5  - Относительное удлинение при разрыве , [ % ]

y  - Относительное сужение , [ % ]

KCU  - Ударная вязкость , [ кДж / м2]

HB  - Твердость по Бринеллю , [МПа]

 

 

3

Технологический процес сварки.

3.1 Подготовка  метала к сварке

 

Металл, идущий на изготовление сварных конструкций, предварительно очищают и выправляют.

Очистка должна производиться до сборки узла. В  месте сварки кромки тщательно очищают  от ржавчины, масла, влаги, окалины, загрязнений, наличие которых приводит к образованию  пор и других дефектов. Особенно следует обратить внимание на зачистку в зазоре между кромками. Если в  зазор уже собранного узла попали загрязнения, его следует тщательно  продуть сжатым воздухом или прожечь  пламенем горелки.

Перед сваркой  кромки деталей, если это предусмотрено  чертежами, подвергают обрезке, скосу  и очистке. Скос кромок выполняется  в соответствии с типом сварного соединения. Для получения ровной и чистой поверхности кромок их иногда обрабатывают на кромкострогальных  и торцефрезерных станках, длина  обработки на которых может достигать  нескольких метров.

Машинная  кислородная резка является более  производительным, дешевым и распространенным способом подготовки кромок под сварку, особенно при большой толщине  свариваемого металла (деталей станин, листов котельных барабанов и  др.). Машинная кислородная резка  должна применяться в тех случаях, когда это

допустимо по техническим условиям на изготовление изделия. Для ускорения процесс  резки и скоса кромок выполняют  одновременно несколькими резаками, установленными на одной машине под  соответствующими углами наклона.

Для обрезки  легированных сталей, цветных металлов и их сплавов применяют кислородно-флюсовую и плазменную резку. На кромках не должно быть зарезов глубиной более 1,5 мм; прямолинейность кромок проверяется  с помощью рейки и измерительной  линейки, а углы скоса шаблонами.

Литые заготовки  перед сваркой должны быть тщательно  очищены от остатков формовочной  земли, а имеющаяся на поверхности  литейная корка снята наждачным  камнем в местах наложения сварных  швов.

 

3.2 Выбор сварочных материалов.

 

Электрод - это металлический или неметаллический стержень, предназначенный для подвода тока к сварочной дуги. При ручной дуговой сварке используют покрытые электроды. Это покрытые специальной обмазкой стержни круглого сечения различного диаметра. Для полуавтоматической и автоматической сварки используют сварочные порошковые и самозащитныепроводаразличных марок и диаметра.

Электроды могут быть плавкие  и неплавкие.

Плавкие электроды изготавливают  из стали, чугуна, меди, алюминия, их сплавов  и т.д.;

неплавкие - из вольфрама  и его сплавов, угля и графита.

Неплавкие электроды только подводят сварочный ток до дуги, а присадочных материал при необходимости подают отдельн

Плавкие электроды одновременно является и присадочных материалом.

В покрытие входят следующие  компоненты:

Газообразующие – неорганические вещества (мрамор CaCO3, магнезит MrCO) и  органические вещества (крахмал, декстрин);

Ионизирующие или стабилизирующие  – различные соединения, в состав которых входят калий, натрий, кальций (мел, полевой шпат, гранит и т.д.);

Шлакообразующие, составляющие основу покрытия, - обычно руды (марганцевая, титановая), минералы (ильменитовый и  рутиловый концентраты, полевой  шпат, кремнезем, гранит, плавиковый шпат и т.д);

Легирующие элементы и  элементы раскислители – кремний, марганец, титан и д.р., используемые в виде сплавов этих элементов с железом, так называемые ферросплавы;

Связующие компоненты –  водные растворы силикатов натрия и  калия, называемые жидким стеклом.

Для повышения производительности сварки в покрытия добавляют железный порошок до 60% массы покрытия.

Металлические электроды  для дуговой сварки сталей изготовляют  в соответствии с ГОСТ 9466-75, предусматривающим  следующую классификацию:

По назначению – для  сварки углеродистых, низколегированных, легированных и высоколегированных сталей, а также для наплавки поверхностных  слоев с особыми свойствами;

По виду покрытия – с  кислым покрытием, основным, целлюлозным, рутиловым и смешанного типа.

Электроды с кислым покрытием.

Основу этого вида покрытия составляют оксиды железа, марганца и  кремния. Металл шва, выполненный электродами  с кислым покрытием, имеет повышенную склонность к образованию горячих трещин. По механическим свойствам металла шва и сварного соединения электроды относятся к типам Э38 и Э42. Электроды с кислым покрытием не склонны к образованию пор при сварке металла, покрытого окалиной или ржавчиной, а также при удлинении дуги. Сварку можно выполнять постоянным и переменным током.

Электроды с основным покрытием.

Шлаковую основу покрытий основного вида составляют минералы — в основном карбонаты кальция  и магния (мрамор, магнезит, доломит), а также плавиковый шпат (CaF2). Поэтому они получили название фтористо-кальциевых покрытий.

Отсутствие в основных покрытиях органических материалов и связанного с этим выделения  водорода при их диссоциации, а также  связывание водорода и паров воды в термически устойчивый фтористый  водород, который улетучивается, обеспечивают при сварке этими электродами  минимальное содержание водорода в  наплавленном металле. Поэтому электроды  с основными покрытиями называют также низко-водородными.

Это важное преимущество основных покрытий делает их незаменимыми при  сварке закаливающихся сталей, склонных к образованию холодных трещин вследствие охрупчивающего действия водорода, диффундирующего  в околошовную зону из металла  шва.

Электроды с целлюлозным  покрытием.

Покрытие этого вида содержит большое количество (до 50%) органических составляющих, как правило, целлюлозы. Металл, наплавленный целлюлозными электродами, по химическому составу соответствует, по степени раскисления, полуспокойной  или спокойной стали. В то же время  он содержит повышенное количество водорода. По механическим свойствам металла  шва и сварных соединений электроды  с целлюлозным покрытием соответствуют  электродам Э42, Э46 и Э50. Для целлюлозных  электродов характерно образование  равномерного обратного валика шва  при односторонней сварке на весу, а также обеспечение возможности  сварки вертикальных швов способом сверху вниз.

Электроды с рутиловым  покрытием.

Шлаковую основу рутиловых  покрытий составляет минерал рутил, состоящий в основном из двуокиси титана (TiO2). Кроме того, рутиловые покрытия содержат также различные алюмосиликаты (полевой шпат, каолин и др.) или карбонаты (мрамор, магнезит). С увеличением содержания в покрытии карбонатов возрастает основность (щелочность) шлака, что способствует снижению содержания кислорода и кремния (шлаковых включений) в наплавленном металле. Это повышает его ударную вязкость и стойкость против образования горячих трещин. Газозащитными составляющими в рутиловых покрытиях служат органические материалы и карбонаты. Рутиловые электроды не склонны к образованию пор в швах при сварке сталей, имеющих на поверхности окалину и ржавчину, не чувствительны к изменениям длины дуги. Поры в швах появляются при применении повышенных режимов тока при сварке тавровых швов с зазорами, а также при сварке тонкого металла электродами слишком большого диаметра. По сварочно-технологическим свойствам рутиловые электроды значительно превосходят электроды с покрытием основного вида. Они обеспечивают хорошую стабильность горения дуги при сварке переменным и постоянным током, имеют низкий коэффициент разбрызгивания металла, обладают легкой отделимостью шлаковой корки, а также являются лучшими для сварки в вертикальном и потолочном положениях швов.

Важным преимуществом  рутиловых электродов является также  легкость зажигания дуги, определяемая наименьшей плотностью тока, при которой  возможно существование дугового разряда.

Малая склонность к образованию  пор при зажигании и кратковременном  удлинении дуги способствует исключению так называемой «стартовой» пористости (образованию пор в кратерах). Электроды с рутиловыми покрытиями значительно превосходят основные по формированию швов и обеспечению  плавного перехода от шва к основному  металлу. Сопротивление усталости  сварных соединений, работающих при  знакопеременных нагрузках, существенно  снижается при наличии концентраторов напряжений в местах перехода от швов к основному металлу, особенно при  угловых швах. Поэтому, если плавность  перехода в этих местах не может  быть обеспечена механической обработкой, то для сварки таких соединений рутиловые  электроды являются незаменимыми, т. к. они обеспечивают более высокое  сопротивление усталости сварных  соединений, чем выполненных электродами  с кислыми и основными покрытиями.

При средней толщине покрытия (коэффициент массы 35—45%) и содержании в нем до 20% железного порошка  электроды пригодны для сварки в  любом пространственном положении  шва, при этом коэффициент наплавки составляет 8-9 г/А*ч.

Электроды с рутиловыми покрытиями не следует применять для сварки конструкций, работающих при высоких  температурах, вследствие повышенной чувствительности сварных швов к  деформационному старению и низкой длительной пластичности.

Электроды для  сварки легированных теплоустойчивых  сталей.

При выборе электродов для  сварки низколегированных теплоустойчивых  сталей основным требованием является обеспечение необходимого уровня жаропрочности  сварных соединений, т. е. способности  длительно выдерживать рабочие  напряжения в конструкции при  заданных высоких температурах, не подвергаясь при этом разрушению и не претерпевая остаточных деформаций, превосходящих величину, допускаемую  условиями работы конструкции.

Для сварки конструкций из сталей, работающих при температурах до 540 °С используются хромомолибденовые  электроды типа Э-09Х1М.

Для сварки сталей, работающих при температурах до 585 °С и до температур 600 °С, применяются хромомолибденованадиевые электроды типов Э-09Х1МФ. Следует отметить, что сварные соединения из хромомолибденованадиевых сталей снижают свою жаропрочность при появлении мягкой прослойки в зоне термического влияния, называемой «белой полоской», которая появляется на участке, нагревающемся при сварке в межкритическом интервале температур. Это может привести к преждевременному разрушению сварного соединения.

Учитывая определяющее значение химического состава наплавленного  металла на его жаропрочность  и необходимость обеспечения  состава в узких пределах по содержанию хрома, молибдена, ванадия и ниобия, для сварки теплоустойчивых сталей применяются электроды преимущественно  с основными покрытиями, обеспечивающие минимальное окисление легирующих элементов при сварке. Для предотвращения холодных трещин при сварке теплоустойчивых  сталей должен производится предварительный  подогрев, при котором скорость охлаждения металла шва и околошовной  зоны понижается, чем обеспечивается максимальное значение твердости не более 260 НВ для хромомолибденовых  сталей и 230 НВ — для хромомолибденованадиевых сталей.

Электроды для  сварки высоколегированных сталей и  сплавов.

Согласно современной  классификации к высоколегированным сталям условно относят сплавы, содержание железа в которых более 45%, а суммарное  содержание легирующих элементов не менее 10% (считая по верхнему пределу), или при концентрации одного из элементов  не менее 8% по нижнему пределу. К  сплавам на никелевой основе относят  сплавы с содержанием не менее 55% Ni. Такие стали и сплавы применяют в качестве коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных материалов. Соответственно можно классифицировать и сварочные электроды по ГОСТ 10052—75 и отраслевой нормативно-технической документации. Высоколегированные электроды используют также для получения качественных соединений разнородных сталей и сплавов, при сварке конструкционных сталей без подогрева, для наплавки.

Специфическими особенностями  физических свойств высоколегированных материалов являются пониженные температура  плавления и теплопроводность, высокие  электросопротивление и (для сталей) коэффициент линейного расширения. Указанные особенности и предопределяют поведение высоколегированных материалов при ручной дуговой сварке. Из-за низкой теплопроводности и высокого электросопротивления скорость плавления, а следовательно, и коэффициент  наплавки электродов со стержнями из высоколегированных сталей и сплавов  существенно выше, чем у электродов общего назначения. Повышенное электросопротивление металла стержней обусловливает  применение укороченных электродов и меньших сварочных токов (20—30 А/мм2). Уъвеличение сварочных токов  для высоколегированных электродов недопустимо, так как приводит к  перегреву сварочного стержня, изменению  характера плавления покрытия, вплоть до опадания кусков обмазки. Применению малых сварочных токов способствует и низкая теплопроводность металла, обусловливающая повышенную глубину  проплавления (в сравнении с конструкционными сталями).

Для сварки Стали 15хгс возмем электрод для сварки легированных теплоустойчивых сталей.

По скольку данная сталь  низколегированая повышенной прочности.

 

3.3 Расчет режима сварки.

Режимы дуговой сварки представляют собой совокупность контролируемых параметров, определяющих условия сварочного процесса. Правильно выбранные и  поддерживаемые на протяжении всего  процесса сварки параметры являются залогом качественного сварного соединения. Условно параметры можно  разделить на основные и дополнительные.

Основные параметры режима дуговой  сварки: диаметр электрода, величина, род и полярность тока, напряжение на дуге, скорость сварки, число проходов.

Дополнительные параметры: величина вылета электрода, состав и толщина  покрытия электрода, положение электрода, положение изделия при сварке, форма подготовленных кромок и качество их зачистки.

 Выбор диаметра электрода

Диаметр электрода выбирают в зависимости  от толщины свариваемого металла, положения, в котором выполняется сварка, катета шва, а также вида соединения и формы кромок, подготовленных под сварку.

Толщина метала мм	1-2	3-5	4-10	12-24	30-60
Диаметер электрода мм	2-3	3-4	4-5	5-6	6-8

Однако  такое соотношение является примерным, так как на этот фактор накладывает  отпечаток размещение шва в пространстве и количество сварочных проходов. К примеру, при потолочном положении  шва не рекомендуют применять  электроды с диаметром более 4 м.

Сила тока выбирается в зависимости  от диаметра шва длины его рабочей  части, состава покрытия, положения  сварки и т.д. Чем больше сила тока, тем интенсивнее расплавляется  его рабочая часть и тем  выше производительность сварки. Но это  правило может приниматься с  некоторыми оговорками. При чрезмерном токе для выбранного диаметра электрода  происходит перегрев рабочей части, что чревато ухудшением качества шва, разбрызгиванием капель жидкого  металла и даже может привести к сквозным прогораниям деталей. При недостаточной силе тока дуга будет неустойчива, часто будет  обрываться, что может привести к  непроварам, не говоря уже о качестве шва. Чем больше диаметр электрода, тем меньше допустимая плотность  тока, так как ухудшаются условия  охлаждения сварочного шва.

Опытные сварщики силу тока определяют экспериментальным путем, ориентируясь на устойчивость горения дуги. Для  тех, кто еще не имеет достаточного опыта, разработаны следующие расчетные  формулы: Для наиболее распространенных диметров электрода (3 -6 мм)

I  = (20 + 6dэ )dэ

где Iсв — сила тока.

Для электродов диаметром менее 3 мм ток подбирают по формуле:

Icв = 30dэ

Для сварки потолочных швов сила тока должна быть на 10 - 20% меньше, чем при  нижнем положении шва.

Кроме того, на силу тока оказывает  полярность и вид тока. К примеру, при сварке постоянным током с  обратной полярностью катод и  анод меняются местами и глубина  провара увеличивается до 40%. Глубина  провара при сварке переменным током  на 15 - 20% меньше, чем при сварке постоянным током. Эти обстоятельства следует  учитывать при выборе режимов  сварки.

При выборе режимов сварки следует  учитывать и наличие скоса  свариваемых кромок. Все эти обстоятельства учтены и сведены в таблицах2 и 3. Особенности горения сварочной дуги на  постоянном и переменном токе различны. Дуга, представляющая собой газовый проводник, может отклоняться под воздействием магнитных полей, создаваемых в зоне сварки. Процесс отклонения сварочной дуги под действием магнитных полей называют магнитным дутьем, которое затрудняет сварку и стабилизацию горения дуги.

Таблица 2. Режим сварки стыковых соединений без скоса кромок

Характер шва	Диаметр электрода, мм	Ток, А	Толшина металла, мм	Зазор, мм
Односторонний	3	180	3	1,0
Двухсторонний	4	220	5	1,5
Двухсторонний	5	260	7-8	1,5-2,0
Двухсторонний	6	330	10	2,0

Примечание: максимальное значение тока должно уточняться по паспорту электродов.

Таблица 3. Режимы сварки стыковых соединений со скосом кромок

Диаметр электрода, мм			Ток, А	Толщина металла, мм	Зазор, мм	Число слоев креме подваренного и  декоративного
Первого	Последующего
4		5	180-260	10	1,5	2
4		5	180-260	12	2,0	3
4		5	180-260	14	2,5	4
4		5	180-260	16	3,0	5
5		6	220-320	18	3,5	6

Примечание: значение величины тока уточняется по паспортным данным электрода.

Особенно ярко выражено магнитное  дутье при сварке на источнике  постоянного тока. Магнитное дутье  ухудшает стабилизацию горения дуги и затрудняет процесс сварки. Для  уменьшения влияния магнитного дутья  применяют меры защиты, к которым  относят: сварку на короткой дуге, наклон электрода в сторону действия магнитного дутья, подвод сварочного тока к точке, максимально близкой  к дуге и т.д. Если полностью избавиться от действия магнитного дутья не удается, то меняют источник питания на переменный, при котором влияние магнитного дутья заметно снижается. Малоуглеродистые и низколегированные стали обычно варят на переменном токе.

Толщина металла 4мм следовательно  согласно таблице возмем электрод диаметром 3мм и согласно формуле подщота  сварочного тока. Последний следует  выставить на отметку в 114 ампер. Шов следует ложить односторонний.  

3.4 Выбор источника питания дуги.

Источники питания  электрической сварочной дуги разделяются  по следующим признакам:

1) по роду  тока — источники постоянного  тока (преобразователи, агрегаты  и выпрямители) и переменного  тока (сварочные трансформаторы) ;

2) по числу  одновременно подключаемых сварочных  постов — однопостовые и многопостовые;

3) по назначению  — источники для ручной сварки  открытой дугой, автоматической  и полуавтоматической сварки  под флюсом, сварки в защитных  газах, электрошлаковой сварки  и плазменной резки и источники  тока специального назначения (сварка  трехфазной дугой, многодуговая  сварка и пр.);

4) по принципу  действия и конструктивному выполнению:

сварочные трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием и отдельным дросселем (реактивной катушкой) на отдельном или

общем сердечнике:сварочные  трансформаторы с искусственно увеличенным  магнитным рассеянием — с подвижным  магнитным шунтом и подвижными обмотками;

преобразователи — с независимой намагничивающей  и последовательной размагничивающей обмотками, с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной обмотками, с расщепленными полюсами, с жесткой характеристикой, универсальные;

агрегаты  — генераторы с двигателями внутреннего  сгорания;

сварочные выпрямители  — с селеновыми вентилями, с кремниевыми  вентилями, многопостовые, однопостовые, с падающими или жесткими характеристиками, универсальные.