книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование
.pdfРис. 8.16. Подготовленный к сварке плавящийся мундштук:
/ — переходные спиральные или трубчатые каналы; 2 и 3 — направ
ляющая н плавящаяся части мундштука; 4 — изоляторы; 5 — токопод* вод; 6 — переходник; 7 — фиксирующая планка
Наиболее выгодно при ЭШС плавящимся мундштуком одну сторону закрывать медной водоохлаждаемой накладкой, а дру гую формировать ползуном либо короткими переставными на кладками. Это позволяет оперативно контролировать положе ние мундштука в зазоре и глубину шлаковой ванны.
На слой стружку |
или порошка засыпают немного (20— |
30 % общего объема) |
флюса, проверяют напряжение холостого |
хода трансформатора, расход воды в системе формующих уст ройств и наличие необходимого инструмента.
Сварку начинают всеми электродами при скорости их по дачи 150—170 м/ч. Напряжение сварки может быть на уровне предусмотренного технологией. После возбуждения стабильного дугового процесса скорость подачи проволоки снижается до 90—100 м/ч, в зазор засыпается флюс. Следует помнить, что объем флюса вдвое больше объема жидкого шлака.
Если при разведении процесса одна из проволок останови лась, то нужно немедленно отжать прижимной ролик и отор вать эту проволоку движением вверх. Затем проволоку подни мают на 300—500 мм и, прижав ролик, подают вниз. При но вой остановке все операции повторяют.
Ведение ЭШС, окончание сварки и все последующие опе рации выполняют по правилам сварки прямолинейных швов. При сварке толстого металла более 100—200 мм всегда пред почтительнее выбирать трехфазную схему питания во избежа ние перекоса фаз.
Для надежного одновременного пуска всех проволок в по следнее время применяют сифонную заливку жидкого флюса в карман. Флюс расплавляют в графитовом тигле, используя угольный электрод, подключенный к сварочному трансфор матору.
Плавящийся мундштук широко применяют при ремонте не только для сварки, но и в наплавочных работах [1]. Минималь ная толщина наплавленного слоя 20 мм, максимальная —
100мм.
8.3.Контроль качества сварных соединений
8.3.1. Характерные дефекты
Соединения, полученные ЭШС, как правило, отличаются высо кими механическими свойствами, химической однородностью, отсутствием крупных неметаллических включений, трещин, пор и шлаковых включений. Однако при нарушении технологии или техники выполнения швов в последних могут возникать дефекты, ухудшающие работоспособность сварного соединения.
Наиболее |
распространенные |
дефекты — кристаллизацион |
ные (горячие) |
трещины в металле шва и надрывы в околошов- |
|
ной зоне (у линии сплавления). |
встречаются в швах при |
|
Кристаллизационные трещины |
сварке практически всех сталей. Наиболее часто они возни кают в швах с повышенным (>0,20 %) содержанием углерода при жестком закреплении кромок изделий и повышенных ско ростях сварки. Из основных параметров режима, наиболее влияющих на образование кристаллизационных трещин, сле-
дует выделить величину сварочного тока, которая определяется однозначной зависимостью от скорости подачи электродной проволоки. При скорости, превышающей критическую, в ме талле шва образуются трещины.
Для предотвращения кристаллизационных трещин приме няют предварительный подогрев до 150—500 °С [6], а также уменьшают скорость подачи проволоки.
Трещины-надрывы в зоне сплавления появляются, как пра вило, при ЭШС среднелегированных сталей ферритными про волоками [1], когда область подплавления основного металла удалена от зеркала металлической ванны. Во избежание тре щин-надрывов необходимо вести процесс при малых глубинах шлаковой ванны (35—40 мм) и равномерном проваре кромок, не допуская его сужения.
Непровары, поры и шлаковые включения могут появляться в металле шва только при грубом нарушении технологического процесса.
8.3.2. Способы контроля
Соединения, выполненные ЭШС, подвергают комплексному контролю, включающему визуальный контроль, контроль ре жима сварки на образцах-свидетелях, ультразвуковую дефек тоскопию (УЗД), радиационный метод (рентгеновскими или у-лучами) и магнитный метод.
Визуальный контроль осуществляется в той или иной мере практически при сварке любого изделия. Режим сварки конт ролируется также систематически, особенно при внедрении новых разработок или когда другие методы малоэффективны. Например, применительно к отливкам или поковкам большой толщины (^ 0 ,5 м), которые после ЭШС не подвергались вы сокотемпературной термической обработке, этот вид контроля по образцам-свидетелям включает такие параметры режима сварки, как /св и t/CB, фиксируемые самопишущими приборами.
УЗД широко применяют для контроля качества сварных соединений из углеродистых и легированных сталей толщиной до 700 мм, подвергнутых после сварки высокотемпературной термической обработке. Чувствительность УЗД: ширина тре
щин, непроваров |
и т. д.— 0,005 мм; |
их площадь — 0,25 |
мм2; |
||
диаметр пор, шлаковых включений и т. п.— 0,5 мм. |
для |
||||
|
Радиационные |
методы контроля |
могут |
применяться |
|
тех же сталей, что и УЗД, но без ВТО. |
|
|
|
||
до |
Используя бетатрон, можно просвечивать металл толщиной |
||||
500 мм. Рентгеновские аппараты |
применимы для толщин |
||||
^ |
100 мм. |
|
|
|
|
|
Чувствительность радиационных методов контроля: ширина |
||||
раскрытия трещин, непроваров и т. д,— 0,025 |
мм; их площадь — |
14-2 % |
просвечиваемой толщины, но ^0,1 мм2; диаметр |
пор, |
|
шлаковых включений |
и т. д.— 1ч-2 % просвечиваемой |
тол |
|
щины, но ^'0,2 мм. |
|
|
|
Магнитный метод используют только для выявления поверх* |
|||
ностных дефектов. |
|
|
|
Г л а в а |
9. ГАЗОВАЯ |
СВАРКА |
|
9.1. Общие сведения
Это — химический способ сварки плавлением. В большинстве случаев электродуговые способы более производительны и эффективны, чем газовая сварка, тем не менее она продолжает сохранять свое значение в областях преимуще ственного ее использования: сварка тонколистовой стали, чугуна и цветных сплавов (медь, латунь и т. д.). Газовая сварка особенно широко применяется в ремонте и на монтаже.
Ниже рассмотрены тепловые, металлургические и газодинамические про цессы при газовой сварке плавлением. Приведены данные по технологии сварки, а также используемым сварочным материалам и оборудованию.
9.1.1. Определения. Основные способы
Газовая сварка — процесс получения неразъемного соединения с расплавле нием газокислородным пламенем кромок соединяемых металлов и присадоч ного материала (при его использовании).
Без применения присадочного металла используется для сварки ^2-мм листов стали с отбортовкой кромок.
Существуют два основных способа газовой сварки плавлением — правый и левый (рис. 9.1)*. Выбор способа сварки зависит от толщины свариваемого металла и положения шва в пространстве. Правый способ используется пре-
Направление
— aPK!j. |
/ |
/ |
Презрит ельного |
( |
/ |
у |
подогрева нет |
Дополнительного нагрева шва
^ не получается
Защиты от окисляющ его дейст вия воздуха нет
Рис. 9.1. Правый (а) и левый (б) способы сварки
имущественно при сварке толщины >5 мм, а левый — при сварке толщины <3 мм. Сварка швов в нижнем положении возможна как правым, так и левым способом. Вертикальные швы удобнее сваривать левым способом, го ризонтальные и потолочные швы — правым.
Известны две разновидности газовой сварки плавлением: горячая с пред варительным подогревом (общим или местным) и холодная (без предва рительного подогрева). Горячая сварка применяется преимущественно для сварки чугуна.
К способам сварки плавлением с присадочным металлом и с оплавлением кромок примыкают методы пайкосварки. Эти методы характеризуются осо быми приемами образования соединения за счет расплавления только приса дочного металла и применения поверхностно-активных флюсов. Пайкосварку используют для заварки чугунных и латунных деталей.
9.1.2. Физико-металлургические основы процесса
Основной характерный признак газовой сварки — использова ние тепловой энергии высокотемпературного газокислородного пламени.
Газовое пламя является местным поверхностным теплооб менным источником теплоты, позволяющим весьма гибко регу лировать распределение теплоты по заданным участкам по верхности изделия, а также между основным и присадочным металлом.
Газовое пламя характеризуется наибольшими размерами пятна нагрева и сравнительно низкими значениями удельного теплового потока и эффективной мощности источника нагрева (табл. 9.1).
Сварочная ванна, образующаяся в результате нагрева ме талла, характеризуется относительно малым объемом, высокой температурой, интенсивным перемешиванием жидкого металла газовым потоком и присадочным стержнем.
Свойства металла шва в значительной мере определяются процессами окисления и раскисления в сварочной ванне при взаимодействии газовой и шлаковой фазы с жидким металлом (рис. 9.2).
|
|
|
Т А Б Л |
И Ц |
А |
9. 1 |
ТЕПЛОВЫЕ |
ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСТОЧНИКОВ НАГРЕВА |
|
|
|||
Источник нагрева |
<?э. кВт |
Яг, кВт/см* |
d, |
мм |
|
|
Газовое пламя |
|
1—10 |
0,2—0,5 |
10—100 |
||
Плазменная струя |
|
0,5—80 |
0,5—10 |
6—70 |
||
Электрическая дуга |
|
0,1—80 |
5—100 |
1-50 |
|
|
Луч лазера |
|
0,05—8 |
5—1000 |
0,01-1 |
|
|
П р и м е ч а н и е . |
Qs |
— эффективная мощность, |
д2 — наибольший удельный |
теп |
ловой поток, d —диаметр пятна нагрева.
|
С учетом температурных |
|||||
|
условий |
в |
сварочной |
ванне |
||
|
и граничных |
условий рав |
||||
|
новесия газовой фазы с за |
|||||
|
кисью железа |
верхний до |
||||
|
пустимый предел |
окисления |
||||
|
углеводорода |
в |
пламени, |
|||
|
дающий |
нейтральную смесь |
||||
|
по отношению к закиси же |
|||||
|
леза, соответствует |
соотно |
||||
|
шению кислорода |
и ацети |
||||
|
лена в пламени 1,3. Ввиду |
|||||
|
относительно невысокого за |
|||||
|
щитного |
и |
восстановитель |
|||
Рис. 9.2. Схема взаимодействия металла, га |
ного действия |
пламени рас |
||||
зов и шлака при сварке углеродистой стали |
кисление |
|
шва достигается |
|||
|
введением |
в |
|
сварочную |
ванну марганца, кремния посредством использования присадоч ного металла соответствующего состава (табл. 9.2). Положи
тельное влияние |
этих раскислителей |
состоит в создании жид- |
|
|
Т А Б Л И Ц А 9. 2 |
ПРИСАДОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ ДЛЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ |
||
Свариваемый металл |
Присадочный металл |
Примечания |
Малоуглеродистая |
Св-0,8, |
|
Св-0,8А, |
сталь |
Св-0,8ГС, Св-12ГС, |
||
Среднеуглеродистая |
Св-0,8Г2С |
|
|
То же |
|
|
|
сталь |
|
|
|
Высокоуглеродистая |
|
|
|
сталь |
Чугун марки А |
||
Чугун |
|||
|
Чугун марки Б |
||
|
Марки |
I |
(завода |
|
«Станколит») |
||
|
Марки |
II |
(завода |
|
«Станколит») |
||
Латунь |
Л63 |
|
|
|
ЛК62-05 |
|
|
|
ЛОК-59-1-03 |
Л КБО-62-02-044-05
Сварка котельной стали, резер вуаров, цельнотянутых труб и сортовой стали Сварка шестерен и других де
талей машин с предваритель ным нагревом и термообработ кой Плохо сваривается газовой сваркой
Сварка крупногабаритных от ливок с общим подогревом Сварка деталей сложного про филя с тонкими стенками и ме стным подогревом Сварка крупногабаритных от
ливок с общим подогревом Сварка деталей сложного про филя стойкими стенками и мест ным подогревом
Устраняется угар цинка Повышается коррозионная стойкость шва Проволока самофлюсующаяся для сварки без флюса
ФЛЮСЫ ДЛЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ
Свариваемый металл |
Флюс |
Примечание |
Углеродистая сталь |
№ |
1 (техническая бура) |
|
|||
Чугун |
|
|||||
|
№ 2 (56 % прокаленной бу |
|||||
|
ры + |
22 % |
карбоната |
на |
||
|
трия + 22 % карбоната калия) |
|||||
|
№ 3 (50 % технической буры + |
|||||
|
+ |
50 % бикарбоната натрия) |
||||
|
№ 4 (23 % плавленой буры + |
|||||
|
+ |
27 % карбоната натрия + |
||||
|
+ |
50 % натриевой селитры) |
||||
|
БМ-1 |
(70—75% |
метилбора- |
|||
Латунь |
та + |
30—25 % метанола) |
|
|||
№ |
1 |
(прокаленная |
бура) |
бу |
||
|
№ 2 |
(20 % |
прокаленной |
|||
|
ры + |
80 % борной кислоты) |
||||
|
БМ-1 |
(70—75% |
метилбора- |
|||
|
та + |
30—25 % метанола) |
|
Сваривается без флюса Флюс в виде порошка
» » ъ |
» |
Газофлюсовая сварка
Флюс в виде порошка Флюс в виде порошка или пасты при наплавке кремнистых латуней Газофлюсовая сварка без выгорания цинка
котекучих Si—Мп—Fe-шлаков, способствующих самофлюсованию сварочной ванны. Образующаяся на ее поверхности шла ковая пленка защищает расплавленный металл от кислорода и водорода газовой среды пламени.
При сварке чугуна, цветных металлов и сплавов удаление образующейся на поверхности сварочной ванны окисной пленки достигается введением флюсов (табл. 9.3), предохраняющих металл шва от окисления.
Структурные превращения в сварном шве и околошовной области характеризуются образованием типичной для литого металла крупнокристаллической структуры с равновесными зернами неправильной формы.
Чем меньше перегрев металла шва при сварке и чем больше скорость охлаждения металла, тем мельче зерно в стали и тем выше механические свойства металла шва. Поэтому сварку целесообразно вести с максимально возможной скоростью.
Зона термического влияния состоит из тех же характерных участков, что и при дуговой электросварке. Однако ширина участков зоны термического влияния при газовой сварке зна чительно больше вследствие менее концентрированного тепло вого потока источника нагрева (пламени) и сравнительно бо лее медленного охлаждения металла шва. Ширина зоны терми ческого влияния (8—28 мм) зависит от толщины свариваемого металла, способа и режима газовой сварки.
Изменения в структуре и свойствах сварного соединения (при отсутствии пережога или карбидной эвтектики) можно исправить термической обработкой изделия.
9.2. Технология
9.2.1. Свариваемые материалы и требования к конструкции
Газовая сварка используется для выполнения сварных соеди нений разных типов (рис. 9.3). Для тонколистового металла возможно применение стыковых угловых и торцевых^ соедине ний (рис. 9.3, а—в). При сварке металла толщиной > 5 мм стыковое соединение выполняется с U- или Х-образной раздел
Рис. 9.3. Сварные соединения:
а — стыковые; б — внахлестку; в — тавровые; г — угловые
кой кромок. Соединения тавровые или внахлестку (рис. 9.3, б, в) допустимы только для металла толщиной до 3—4 мм.
Требования к конструкции сварного соединения зависят от вида соединения, толщины и материала свариваемых изделий, а также характера выполняемых работ.
9.2.2. Подготовка к сварке
Подготовка деталей к сварке: очистка свариваемых кромок изделия, разделка кромок под сварку, наложение прихваток для сборки соединяемых деталей под сварку.
Перед выполнением газовой сварки кромки зачищают до металлического блеска металлическими щетками или пламе нем сварочной горелки. При сварке ответственных изделий не больших размеров применяют травление в соответствии с тех ническими условиями на изделие или пескоструйную обработку его поверхности.
Разделывают кромки в зависимости от вида соединения (стыковое, угловое или торцовое) и толщины свариваемы* из делий.
Элементы подготовки кромок при сварке швов стыковых соединений листовой стали приведены в табл. 9.4.
ПОДГОТОВКА КРОМОК СТЫКОВЫХ ШВОВ ПРИ ГАЗОВОЙ СВАРКЕ
П р и м е ч а н и е . Возможны также другие формы подготовки — с криволиней ным или ломаным скосом, с двумя скосами одной кромки и т. д.
9.2.3. Выбор параметров режима
Параметры режима сварки — мощность и состав пламени, диаметр и расход присадочного металла. Режим зависит от теплофизических свойств свариваемого металла, габаритных размеров и форм изделия. Большое влияние на режим сварки оказывает используемый способ сварки («правый» или «ле вый») и положение сварного шва в пространстве.
УДЕЛЬНЫ Й РАСХОД АЦЕТИЛЕНА И КИСЛОРОДА. СООТНОШЕНИЕ ГАЗОВ В СМЕСИ ПРИ ЛЕВОМ СПОСОБЕ ГАЗОВОЙ СВАРКИ НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
М атериал К®цет, л/(ч-мм) /({?'. л/(ч м м ) 0
Углеродистая сталь |
100— 130 |
110— 140 |
1.1 |
|
Легированная сталь |
75 |
80 |
— 85 |
и |
Чугун и твердые сплавы |
100— 120 |
9 0 |
— 110 |
0 .9 |
Медь |
150— 200 |
165— 220 |
1.1 |
|
Латунь |
100— 130 |
135— 175 |
1.3 |
|
Бронзы оловянистые |
70— 120 |
80 — 130 |
1.1 |
1
М о щ н о с т ь |
п л а м е н |
и , или часовой расход газа, л/ч, |
пропорциональны толщине |
свариваемого металла, мм: |
|
V = K Tб . |
|
|
Коэффициент |
пропорциональности Кт— удельный расход |
горючего газа, л/ч, необходимый для сварки данного металла толщиной 1 мм. Этот показатель тем выше, чем выше тепло проводность и температура плавления свариваемого металла. При правом способе сварки пламя направлено на формирую щийся шов и удельная мощность пламени устанавливается, как правило, на 15—20 % выше, чем при левом.
С о с т а в п л а м е н и определяется соотношением расходов кислорода и горючего газа (р), устанавливаемым и регулируе мым в процессе сварки по виду пламени.
Средние значения удельных расходов ацетилена, кислорода и их соотношений при сварке разных металлов даны в табл. 9.5.
Использование заменителей ацетилена для газовой сварки стали, чугуна и латуни возможно только для деталей неответ-
|
|
Т А Б Л И Ц А 9.6 |
УДЕЛЬНЫЙ |
РАСХОД АЦЕТИЛЕНА И СООТНОШЕНИЕ ГАЗОВ |
|
В СМЕСИ |
ПРИ ГАЗОВОЙ СВАРКЕ ЧУГУНА |
И СТАЛИ |
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЗОВ — ЗАМЕНИТЕЛЕЙ |
АЦЕТИЛЕНА |
|
Горючее |
К г ацетилена |
0 |
Пропан-бутан |
60—80 л/(ч-мм) |
3,5 -4 |
Природный газ |
180—140 л/(ч-мм) |
1,6—2 |
Керосин |
140—170 г/ч |
1,3—1,8 к^/кг |