Конспект лекций_Соединения элементов МК

Э42А УОНИ13/45 4.0 УД

,

Е432(Б) Б10ГОСТ9466 75,ГОСТ9467 75

что обозначает: электроды типа Э42А, марка УОНИ-13/45, диаметр 4мм, для сварки углеродистых и низколегированных сталей - У, с толстым покрытием - Д, с индексами

432 (5) по ГОСТ 9467-75, основное покрытие - Б, для сварки в любом положении - I, об-

ратной полярности - О.

По толщине покрытия в зависимости от отношения Д/d (Д- диаметр покрытой части,

d- диаметр стержня) электроды подразделяются:

-с тонким покрытием (Д/d≤ 1,20) - М;

-со средним покрытием (1,20< Д/d≤ 1,45) - С;

-с толстым покрытием (1,45 < Д/d≤ 1,80) - Д;

-с особо толстым покрытием (Д/d>1,80) - Г.

Сварку алюминиевых сплавов электродами всех марок производят на постоянном токе при обратной полярности.

4.4. Флюсы сварочные

Для автоматической и механизированной сварки под флюсом и электрошлаковой используют сыпучее вещество - флюс, под слоем которого горит электрическая дуга или протекает электрошлаковый процесс.

Флюс защищает металл сварочной ванны от действия воздуха и обеспечивает тре-

буемый химсостав и механические свойства металла шва. Кроме того, в сочетании с со-

ответствующей электродной проволокой при правильном режиме сварки он способству-

ет устойчивости сварочного процесса и хорошему формированию шва. Флюс должен быть таким, чтобы отсутствовали поры и трещины в шве и выделялось минимальное ко-

личество вредных газов при сварке.

Плавленые флюсы-силикаты, не содержащие ферросплавов, получают путем пере-

плавки исходных составляющих (песка, марганцевой руды, магнезита, плавикового шпата и др.) и последующей грануляции расплава, в результате чего получают мелкие зерна - до 3 мм. Эти флюсы мало легируют металл шва Мn и Si за счет восстановления их из окислов, имеющихся во флюсе. Более значительное легирование Мn и Si и др.

элементами достигается применением электродной проволоки соответствующего хим-

состава. Изготавливают по ГОСТ 9087, примеры химсостава приведены в таблице 4.3.

49

Таблица 4.3.Состав некоторых марок плавленых флюсов (ГОСТ 9087)

	Марка				Массовое содержание, %
								K2O
	флюса	SiO2	MnO	CaF2	MgO	CaO	Al2O3		Fe2O3	S	P
								Na2O
	АН-348А	34-41	34-38	4-5,5	5-7,5	≤6,5	≤4,5	-	≤2	≤0,15	≤0,12
	АН-348АМ	41-44	34-38	3,5-4,5	5-7,5	≤6,5	≤4,5	-	≤2	≤0,15	≤0,12
	АН-8	33-36	21-26	13-19	5-7,5	4-7	11-15	-	1,5-3,5	≤0,15	≤0,15
	АН-22	18-21,5	7-9	20-24	11,5-15	12-15	19-3	1-2	≤1	≤0,06	≤0,05
	АН-47	28-32	14-18	9-13	6-10	13-17	9-13	-	≤2	≤0,05	≤0,08
	АН-60	42,5-46,5	36-41	5-8	0,5-3	4-7	≤5	-	≤1,5	≤0,15	≤0,015

Для сварки малоуглеродистой стали применяют флюсы АН-348А и ОСЦ-45 в соче-

тании со сварочной проволокой Св-08 и Св-О8А; для низколегированной - в сочетании с проволокой Св-08ГА или Св-I0Г2. Низкокремнистый флюс АН-10 применяют для свар-

ки низколегированной стали в сочетании со сварочной проволокой Св-08 или Св-08А.

Наличие в этом флюсе фтористого кальция и меньшее содержание окислов уменьшает выгорание примесей и обеспечивает хорошее легирование металла шва.

Шланговую механизированную сварку малоуглеродистой и низколегированной сталей выполняют флюсом АН-348АМ и ОСЦ-45М в сочетании с проволокой Св-08 и Св-08А.

Электрошлаковую сварку этих же сталей ведут под флюсом АН-8М с проволокой Св-08 и Св-08А (Ст.3 сп) или Св-10Г2 и Св-I2ГС (Ст.3 кп и НЛ).

Керамические флюсы сильнолегирующие, малочувствительны к содержанию С, S и

Р в основном металле. Представляют собой «крупку» с размером зерен 1-2 мм, получае-

мую из тонкоразмолотых и тщательно перемешанных материалов, связанных жидким стеклом. Каждое зерно содержит все составные части флюса в заданных соотношениях.

Для сварки малоуглеродистых сталей применяют флюсы К-2, К-11 и КВС-19; для низколегированных - К-3 и КС-3ОХГСНА; для сварки тех и других - марок АНК-30,

АНК-47.

Недостаток этой группы флюсов - зависимость химсостава от напряжения на дуге.

Керамические флюсы более эффективно, чем плавленые, осуществляют легирование шва, т.к. в их состав возможно включение различных ферросплавов и металлических порошков.

Легирование металла ванны при сварке плавлеными флюсами ограничено, т.к. воз-

можно только за счет восстановления Мn, Si и др. элементов из их оксидов, либо путем применения легированной сварочной проволоки. Однако они проще в изготовлении,

технологичнее, обеспечивают хорошую защиту ванны и высокую производительность сварки.

Пример состава керамического флюса марки АНК-30: SiO2 - 12%, СаО - 18%, МgО - 36%, СаF2- 12%, Аl2O3- 12%, ферросплавы + алюминиевый порошок - 13%.

50

4.5. Порошковая проволока

Порошковая проволока - трубчатая проволока с порошковым сердечником диаметром

1,2-3мм, изготовляется из стальной холоднотянутой ленты t = 0,3-0,5мм и b =9-15мм.

Наибольшее распространение имеют проволоки кольцевого сечения с дополнительной одинарной перемычкой, с двойными перемычками, и более сложного сечения (рис. 5.3).

Рис. 4.3 Порошковая проволока и лента

а, б, в, г, д, –однослойная; е – двухслойная; ж – лента;

1–стальная оболочка; 2–порошок

В состав порошкового сердечника трубчатой проволоки для сварки малоуглероди-

стой стали входят: рутил, ферросплавы, органические вещества и железный порошок.

Для сварки малоуглеродистой и низколегированной стали применяют, например, по-

рошковую проволоку марок ПП-АН-1, -АН-2, -АН-3, -АН-4; ПП-ДСК и ЭПС-15/2. Ко-

эффициент н	20 (АН-3), н	24	г	(ЭПС-15/2).
			А ч

Порошковую проволоку различных марок для дуговой сварки углеродистых и низ-

колегированных сталей изготовляют в соответствии с ГОСТ 26271-84. Она подразделя-

ется по ряду признаков:

-по условиям применения на самозащитную (ПС) и газозащитную (ПГ);

-по пределу текучести на типы 34, 39, 44, 49, 54, 59, 64, 69, т.е. Т наплавленного металла в кгс/мм2;

-по категориям в зависимости от содержания в наплавленном металл С, S, Р в %%;

-по положению при сварке - нижнему (Н), нижнему и горизонтальному (Г), верти-

кальному и горизонтальному (В), для всех положений (У) и т.д.

51

Самозащитные порошковые проволоки - ПП-АН1, ПП-АН3, ПП-АН7, ПП-АН-11,

ПП-1ДСК, ПП-2ДСК, ЭПС-15/2 и др.

Порошковые проволоки, применяемые с дополнительной защитой СО2: ПП-АН4,

ПП-АН8, ПП-АН9, ПП-АН10 и др.

Применяют сварочные проволоки сплошного сечения без всякой защиты - Св20ГСЮТ с содержанием церия- (0,3-0,45)% и Св-15ГСТЮ ЦА, разработанные в инсти-

туте электросварки им. Е.О.Патона.

52

5. Газовая сварка. Материалы, оборудование и технология

5.1.Характеристика. Область применения в строительстве

Кгазовой сварке относятся способы, при которых нагрев и плавление металла производится высокотемпературным пламенем специальных сварочных горелок. Образуется газовое пламя при сгорании горючих газов в струе кислорода, температура кото-

рого для различных газов составляет о 2100 до 3200 С. Практически для сварки сталей и алюминиевых сплавов пригодно пламя с температурой 3000 С и выше.

Используемое при сварке газовое пламя защищает металл сварочной ванны от вредного воздействия воздуха.

К числу положительных характеристик газовой сварки относятся: простота спо-

соба сварки, несложность оборудования и аппаратуры, универсальность, возможность сварки при отсутствии источника электроэнергии. Однако, по сравнению с дуговыми способами сварки, газовая сварка имеет и недостатки: малая производительность; слож-

ность механизации процесса; большая масса металла, нагреваемого до высокой темпе-

ратуры, что приводит к значительным деформациям; часто пониженные механические свойства сварных соединений; ограничение толщины свариваемых деталей.

В промышленном строительстве используют газовую сварку при изготовлении и монтаже стальных конструкций толщиной до 6 мм (в необходимых случаях – до

20 25 мм), стальных труб малых и средних диаметров, сварке алюминия, меди, никеля и их сплавов, а также при сварке свинца и ремонтной сварке чугунных изделий.

5.2. Материалы

5.2.1. Горючие газы

Для газовой сварки используют горючие газы: ацетилен, водород, коксовый, при-

родный, городской газы, пропан, бутан и пропан-бутановую смесь, которые обладают высокой теплотворной способностью, доступностью, удобством и безопасностью в работе. Наибольшее применение нашел ацетилен, пламя которого при сгорании в кисло-

роде имеет температуру 3100 3200 С.

53

Кислород. Газообразный кислород бесцветен, прозрачен, не имеет запаха и вкуса,

несколько тяжелее воздуха. Из промышленных способов получения технически чистого кислорода имеют значение два способа:

а) из воздуха – методом глубокого охлаждения;

б) из воды – путем электролиза.

Применяется в основном первый способ как наиболее экономичный. Применяе-

мый для газовой сварки и резки технически чистый кислород должен иметь чистоту не менее 99,2% с ограничением примесей аргона и азота.

В соответствии с ГОСТ 5583 для сварки и резки выпускают технический кисло-

род 3-х сортов: 1-ый – с чистотой не менее 99,7%, 2-й – с чистотой 99,5%, 3-ий – с чис-

тотой не ниже 99,2%. Плотность кислорода γ=1,33 г/л(кг/м3).

Хранят и транспортируют кислород в газообразном состоянии в стандартных стальных баллонах под давлением 15 МПа (150 ати) или подают к рабочим местам по трубопроводам под давлением 0,5 1,6 МПа (5 16 ати).

Может использоваться и жидкий кислород, который перевозят и хранят в специальных емкостях – танках. Для преобразования его в газообразное состояние необходи-

мо иметь газификатор.

Ацетилен. Основным горючим газом для сварки сталей, дающим высокотемпера-

турное пламя (3150 3200 С), является ацетилен – С2Н2. Помимо высокой температуры пламени преимуществами его являются простота (легкость) получения из карбида каль-

ция (СаС2), удобства перевозки и хранения, легкость и удобство регулирования по ядру пламени. Вместе с тем, ацетилен дефицитен и дорог, весьма взрывоопасен.

Хранят и транспортируют ацетилен в стальных баллонах под давлением

(1,5 1,6 МПа), растворенным в ацетоне. При нормальной температуре и давлении в 1 л

ацетона растворяется 23 л ацетилена. При выходе из баллона ацетилен превращается в газ. Технически чистый ацетилен – бесцветный газ с резким чесночным запахом и сладковатым вкусом. Он легче воздуха, вреден при длительном дыхании. Чистый С2Н2 имеет слабый эфирный запах.

Ацетилен становится взрывоопасным:

1) при давлении 0,15 МПа (1,5 атм) и температуре более 580 С; чем выше давле-

ние, тем меньше температура при которой он становится взрывоопасным; 2) в смеси с воздухом при содержании ацетилена от 2,2 до 82% и в смеси с кисло-

родом при содержании от 2,3 до 93%; наиболее взрывоопасны смеси, соответственно содержащие 7 13% и около 30% ацетилена;

3) образующиеся ацетиленистая медь или ацетиленистое серебро, которые взры-

ваются при ударе или повышении температуры.

4) взрывы могут произойти и в результате полимеризации ацетилена при темпера-

туре 200 300 С, когда ацетилен превращается в бензол и др. соединения.

Карбид кальция. В промышленных масштабах ацетилен получают в основном из карбида кальция при взаимодействии его с водой. Карбид кальция – продукт плавления

54

извести и кокса в электропечах при температуре 1900 2300 С – представляет собой твердое кристаллическое вещество, весьма тугоплавкое. Бурно реагируя с водой, он вы-

деляет много тепла и образует гашеную известь –

СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2 + Q

Из 1 кг товарного карбида кальция получается 230 280 л ацетилена, 1,154 кг га-

шеной извести и выделяется 400 450 кал. тепла.

Поэтому, во избежание перегрева ацетилена на разложение 1 кг карбида расходу-

ется 5 20 л воды.

Товарный карбид выпускается в виде кусков размером от 2 до 80 мм, пылевидные фракции допускаются в пределах не более 3%.

Ввиду большого поглощения паров воды из воздуха карбид кальция поставляют в гер-

метически укупоренных стальных цилиндрических барабанах емкостью 100 130 кг. От-

крывать их следует специальными ключами или латунным зубилом во избежание взрыва ацетилена, который может скопиться от проникновения влаги через неплотности и дыры в таре. Хранят карбид кальция в сухом, хорошо проветриваемом помещении.

Прочие горючие газы и пары. Кроме ацетилена в качестве горючего могут быть исполь-

зованы пропан-бутановая смесь, водород и природный газ с температурой пламени со-

ответственно 2400, 3200, 2200 С.

5.2.2. Сварочная проволока и флюсы.

Для заполнения сварочной ванны и получения качественного соединения при га-

зовой сварке применяют соответствующие присадочные материалы, а в отдельных случаях и флюсы.

В качестве присадочного материала обычно применяют сварочную проволоку

(ГОСТ 2246) марок, близких по химсоставу свариваемому металлу. Иногда используют прутки, нарезанные из тонколистовой стали («лапша»). Диаметр проволоки применяют в зависимости от толщины свариваемого металла. Так, например, для сварки малоугле-

родистой стали диаметр присадочного материала назначают равным около 0,5 толщины свариваемого металла, но не более 6 8мм.

Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образующихся ок-

сидов используют легкоплавкие флюсы. В сварочную ванну их вводят подсыпанием не-

посредственно в зону сварки или нанесением пасты на кромки свариваемых деталей и присадочный материал. В качестве флюсов используют буру, борную кислоту, оксиды и соли калия, натрия, лития, бария и др. элементов и их смеси.

Флюсы применяют при сварке высоколегированных сталей, алюминия, меди и их сплавов, чугуна и некоторых других.

55

Для резки металлов могут применяться также жидкие горючие – керосин, бензин и бензол, пары которых при сгорании в кислороде дают пламя с температурой

2400 2500 С. Жидкие горючие более удобны в применении, особенно на монтаже и в зимнее время.

5.3. Оборудование и аппаратура

5.3.1. Баллоны для газов.

Баллон для кислорода представляет собой стальной цилиндрический сосуд со сферическими днищем и горловиной для крепления запорного вентиля (из латуни).

Наиболее распространен баллон емкостью 40 л, весом 60 кг, длиной 1500 мм. Вес ки-

слорода в нем 7,8 кг (рис. 5.1). Рассчитан баллон на давление 15 МПа (150 атм), объем сжатого кислорода 6 м3 (40 х 150 = 6000 л). Окрашивают баллон в синий цвет и надпи-

сывают черной краской «Кислород».

Баллон для ацетилена мало чем отличается от кислородного, заполнен пористой массой (инфузорная земля, активированный уголь и др.), пропитанной ацетоном. Пропитанная ацетоном пористая масса снижает взрывоопасность и позволяет повысить дав-

ление до 2 3,5 МПа (20 25 атм). В 40-литровом баллоне под давлением 1,9 МПа

(19 атм) содержится около 5,5 м3 ацетилена.

Окрашивают ацетиленовые баллоны в белый цвет, и красной краской надписыва-

ют «Ацетилен».

5.3.2. Редукторы.

Снижение давления газа до необходимой для сварки величины и поддержания постоянного рабочего давления осуществляется редукторами. Они позволяют установить рабочее давление: для кислорода 0,1 1,5 МПа (1 15 атм); для ацетилена 0,02 0,15 МПа

(0,2 1,5 атм). На рис. 5.2 представлена схема устройства и работы кислородного редук-

тора наиболее распространенного типа (прямого действия).

56

2

Рис. 5.1. Кислородный баллон

1 – корпус; 2 – днище; 3 – верхняя сферическая часть; 4 – горловина; 5 – башмак; 6 – напрессованное кольцо с резьбой; 7 – защитный колпак; l = 1500 мм; D = 219 мм; t = 7 8 мм

Присоединяется редуктор к баллону накидной гайкой.

По производительности редукторы различают: постовой – малой производитель-

ности и рамповый – большой пропускной способности. Последние понижают давление кислорода от группы баллонов, включенных в рампу, от 15 до 0,5 2,5 МПа (150 до 5 25

атм).

Ацетиленовые редукторы по конструкции и принципу действия аналогичны, но присоединяются к баллону хомутом. Окраска редукторов аналогична окраске баллонов.

57

Рис. 5.2. Схема работы редуктора

а– в нерабочем состоянии; б – в рабочем состоянии;

1– винт регулировки; 2 – главная пружина; 3 – корпус; 4 – мембрана; 5 – камера низкого давления; 6 – клапан; 7 – штуцер;

8, 9 – манометры высокого и низкого давления; 10 – запорная пружина;

11 – предохранительный клапан; 12 – вентиль; 13 – штифт

58