Раздел 2. Классификация видов сварки.

Раздел 1. Введение.

Сварка является таким же необходимым технологическим процессом, как обработка металлов резанием, литье, ковка, штамповка. Большие технологические возможности сварки обеспечили ее широкое использование при изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, реакторов, мостов и других конструкций. Применение сварки способствует совершенствованию машиностроения и развитию таких отраслей техники, как ракетостроение, атомная энергетика, радиоэлектроника.

О возможности использования «электрических искр» для плавления металлов еще в 1753 году говорил академик Российской академии наук Г.В. Рихман, занимавшийся исследованием атмосферного электричества.

В 1802 году профессор Санкт-Петербургской военно-хирургической академии В.В. Петров открыл явление электрической дуги и продемонстрировал возможность ее практического применения. Однако потребовались многие годы совместных усилий ученых и инженеров, направленных на создание источников энергии, необходимых для реализации процесса электрической сварки металлов. Важную роль в этих разработках сыграли открытия и изобретения в области магнетизма и электричества.

В 1882 году российский ученый-инженер Н.Н. Бенардос, работая над созданием аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов не плавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов.

В 1888 году российский инженер, Н.Г. Славянов предложил проводитьсварку плавящимся металлическим электродом. С его именем связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, разработка флюсов, предназначенных для воздействия на состав металла шва, создания первого электрического генератора. Затем, в 1907 году, шведский инженер О. Кьельберг разработал электроды из металлического стержня с нанесенным на него специальным покрытием, обеспечившие значительное повышение качества сварных соединений.

В середине 1920-х годах исследования процессов сварки были начаты во Владивостоке (В.П. Вологдин, Н.Н. Рыкалин, Г.К. Татур, С.А. Данилов), Москве (Г.А. Николаев, К.К. Хренов, К.В. Любавский),Ленинграде (В.П. Никитин, А.А. Алексеев, Н.О. Окерблом) и Киеве, где Е.О. Патон организовал в 1929 году лабораторию, а затем институт электросварки (ИЭС).

В 1924-1935 годы в основном применяли ручную сварку электродами с тонкими ионизирующими (меловыми) покрытиями. В эти годы под руководством В.П. Вологдина с использованием сварки были изготовлены первые отечественные котлы и корпуса нескольких судов. В 1935-1939 годы начали применять покрытые электроды со стержнем из легированной стали, что обеспечило широкое распространение сварки в промышленности и строительстве. В 1940-е года была разработана сварка под флюсом, которая позволила повысить производительность процесса и качества сварных соединений, а также механизировать производство сварных конструкций.

Вначале 1950-х и в ИЭС им. Е.О. Патона создают процесс электрошлаковой сварки для изготовления крупногабаритных деталей из литых кованых изготовок.

Начиная с 1948 года, в промышленности применяются такие способы дуговой сварки в защитных газах, как ручная сварка не плавящимся электродом, механизированная и автоматическая сварка не плавящимся и плавящимся электродами. В 1950-1952 года в ЦНИИТНаше при участии ЭВТУ им: Н.Э. Баумана ИЭС им. Е.О. Патона был разработан высокопроизводительный процесс сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа, обеспечивающей высокое качество сварных соединений.

Создание учеными новых концентрированных источников энергии - электронного и лазерного луча — обусловило появлением, получивших название электронно-лучевой и лазерной сварки, которые успешно применяются в промышленности. С развитием обитаемых космических станций сварка потребовалась в космосе. Наши космонавты В.Н.Кубасов и Г.С.Шонин в 1969 году и С.Е.Савицкая и В.А.Джонибеков в 1984 году провели в космосе сварку, резку и пайку различных металлов.

 

Раздел 5. Расчетно-технологическая часть.

В. Свариваемость сталей.

Низкоуглеродистые стали относятся к группе хорошо сваривающих сталей. Технологию сварки для них выбирают исходя из следующих основных требований: достижение равно прочности сварного соединения с основным металлом; отсутствие дефектов в сварном соединении.

Наиболее широкое применение для сварки конструкций из низкоуглеродистых сталей получили электроды типа Э46Тс рутиловым покрытием (АНО – 3, АНО – 4, ОЗС – 4, МР – 3 и др.)

Для особо ответственных сварных конструкций применяют электроды с основным покрытием марок УОНИИ – 13/45; УОНИИ – 13/55; АНО – 11; АНО – 19; ВН – 489; К5А; СМ – 11 и др., обеспечивающие повышенную стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и более высокие пластичные свойства.

Механические свойства металла швов, сваренных покрытыми электродами, не уступают в прочности от типа покрытия и от условий сварки изменяются в широких пределах.

При ручной дуговой сварке низкоуглеродистых сталей на всех применяемых режимах обеспечиваются достаточно высокие пластические свойства металла около шовной зоны. Поэтому в большинстве случаев не требуется применение специальных технологических мер, направленных на предотвращение образования на этом участке закалочных структур. Однако при сварке угловых швов на толстом металле и сварке первого слоя многослойного шва рекомендуется предварительный подогрев свариваемых деталей до температуры 120…150⁰С, что обеспечивает повышения стойкости металла шва против кристаллизационных трещин.

 

А. Выбор оборудования.

Источник питания сварочный трансформатор – ТД300.

Трансформатор служит для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения частоты той же частоты.

Трансформатор имеет только сердечник и две изолированные катушки, которые расположены на двух стержнях.

Катушка, подсоединенная к сети, называется первичной (закрепление снизу). Катушка, подсоединенная к электродержатель и ручная катушка, перемещается вверх, вниз по стержням при помощи рукоятки, расположенной на крышке трансформатора. Перемещая катушку, при помощи рукоятки регулируют силу тока.

При сближении катушек ток возрастает, при удалении уменьшается.

В трансформаторе этого типа могут быть установлены два диапазона сварочных токов:

1 большие токи – при параллельном соединении катушки;

2 малые токи – при последовательном соединении катушки.

 

Э46 – ОЗС – 4 – 3,0 – УД1

Е430(3) – Р21

Э46 – тип электрода

ОЗС – 4 – марка

3,0 – диаметр электрода

У – для сварки углеродистых сталей

Д – толстое покрытие

1 – группа качества (высокая)

Е430(3) – характеристика металла шва (индекс)

Р – рутиловое покрытие

2 – для сварки во всех пространственных положений кроме вертикального сверху в них

1 – прямая и обратная полярность.

 

В. Выбор режимов сварки.

К режимам сварки относятся:

1 выбор диаметра электрода;

2 выбор рода и полярности сварочного тока;

3 выбор силы сварочного тока;

4 выбор напряжения;

5 выбор скорости сварки;

6 выбор поперечного колебания электрода.

Выбор диаметра электрода.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от:

1 толщины металла;

2 вида соединения;

3 марки металла;

4 скос кромок;

5 пространственное положение.

Выбор диаметра электрода в зависимости от толщины металла и сварочного соединения.

Толщина металла в мм	Диаметр электрода в мм
1 – 1,5	1,6 – 2
	3 – 2,5
3 – 3,5	2,5 – 3,0
4 – 6	3 – 4
7 – 14	4 – 5
Более 15мм	5 – 6

 

Исходя, из данной таблицы для прихватки конструкции применяют электрод диаметром 3мм, а для сварки углов диаметром 4мм.

Выбор рода и полярности сварочного тока.

Род тока:

1 – переменный ток;

2 – постоянный ток;

Род тока – постоянный.

Достоинства:

1 можно установить полярность либо прямую, либо обратную;

2 устойчивое горение дуги.

 

Недостатки: при больших токах возникает магнитное дутье.

Выбор силы сварочного тока.

Сварочный ток выбирается в зависимости от:

1 диаметра электрода;

2 пространственного положения;

3 марки свариваемого материала;

4 типа покрытия;

5 сварного соединения.

 

Выбор силы сварочного тока в зависимости от пространственного положения.

Нижнее положение – в зависимости от диаметра электрода потолочного и вертикального снизу в верх – уменьшить ток на 10 – 15% по сравнению с нижнем положением.

Выбор сварочного тока в зависимости от сварочного соединения.

Угловые швы – наибольший ток в зависимости от диаметра электрода.

Стыковые швы – на 10 – 15% меньше чем при сварке угловых швов.

Выбор напряжения.

Напряжение почти не влияет на ширину сварочного шва, оно изменяется не значительно в пределах от 18 до 22В.

Изменение длины дуги, напряжение увеличивается, увеличивается ширина, уменьшается глубина провара.

Выбор скорости сварки.

Скорость сварки должна обрабатываться на образцах.

Г. Технология сварки.

Прежде чем приступить к работе я обязательно зачищу все детали своей конструкции от масел, ржавчины, грязи и т.д. Разделку кромок я производить не буду, потому что моя конструкция сваривается стыковыми и нахлесточными соединениями. Сборку конструкции буду производить на ровной поверхности. Я заранее отрубаю по нужной длине: уголки, квадраты, полосы.

Теперь начиная сборку сначала ложу уголок 32*32*3* длиной 3000мм и полосу 25*4 длиной 3000мм. Сверху накладываю уже отсеченные метки, два квадрата 25*25 длиной 1297 мм. Проверяю все размеры и углы. После проверки начинаю делать прихватки. Так как прихватки не рабочие швы, то они занимают 1/3 сечения рабочего шва. Все прихватки выполняются последовательно, что бы каждая последовательная прихватка уменьшала деформацию предыдущей прихватки. После прихватки я замеряю, все размеры и проверяю все углы. Так как от прихваток могло повести конструкцию. После я накладываю два таких же квадрата, то же в отмеченных уже местах. Проверяю размеры и углы. И так прихватываю их, с такой же последовательностью, что бы уменьшалась деформация. И опять проверяю все размеры и углы. Потом на сделанные уже отметки я ложу еще три полосы и прихватываю их, так чтобы уменьшалась деформация. После всех прихваток я замеряю все размеры (длину, высоту, диагонали и т.д.) и углы.

Перед сваркой я тщательно отбиваю весь шлак и зачищаю все металлической щеткой. Если все в порядке то можно приступать к сварке. Сварку буду вести в той же последовательности, что и прихватки, обратноступенчатым способом. Все время, проверяя размеры и углы. Каждой сваркой шов должен то же уменьшать деформацию предыдущего шва.

После сварки, так как моя конструкция ответственная, я решаюсь укрепить низ моего ограждения уголками 32*32*3 длиной 3000 мм, со специальными, уже сделанными вырезами под квадраты. Сначала этот уголок я прихватываю и замеряю размеры, потом отбиваю шлак шланоотделителем и зачищаю специальной железной щеткой. Потом привариваю и опять проверяю размеры всей конструкции. У габаритных размеров может быть допуск отклонения – 5мм. Но длина ни как не может быть больше заданных размеров, так как ограждение не влезает на лоджию. После всей сварки я отбиваю весь шлак и зачищая все металлической щеткой.

Так как моя конструкция ответственная, я провожу контроль качества. Контроль провожу внешним осмотром с помощью глаза и лупы. Смотрю, нет ли трещин, не проваров, не заваренных кратеров и т.п. Так эти решетки являются серийным производством, то чтобы не мерить постоянно размеры используются специальные приспособления, которые называются – кондукторами.

Когда ограждение готово, его можно установить на лоджию.

 

4 8 15 13 12 9 5 1

		18 29	21 26
	39 37	40 41	36 38
	30 24	33 32	23 31
	6 14	16 10	11 7

Баллоны.

Баллоны предназначены для хранения газа, они имеют цилиндрическую форму. Снизу к баллону приварен башмак для устойчивого хранения баллонов.

Сверху имеется горловина с винтелем и наружной резьбой. Баллоны изготавливаются из углеродистых и низко легируемых сталей, чаще всего применяют баллоны емкостью 40 дм, баллоны для кислорода и ацетилена продавливают из бесшовных труб методом вытяжки.

Для газо заменителей применяют сварные баллоны из стали. Баллоны для ацетилена заполняются пористой массой, затем зашивают ацетоном, после чего баллон заполняют ацетиленом до давления 1.9 Мпа.

Пропан – бутановые баллоны (или пропановые) заполняют до давления 1.6 МПа, при этом находится в зажжённом состоянии.

Вся информация о баллоне (набивается)

При этом указывают:

1 Завод изготовитель (товарный знак)

2 Номер баллона

3 Дата изготовителя

4 Емкость

5 Рабочие и испытательное давление

6 Дата и клеймо приемки

7 Дата очередного испытания баллона

 

Баллоны переиспытывают через пять лет.

Ацетиленовые генераторы.

Устройство для получения ацетилена путем разложения карбида кальция водой.

Классификация.

1. По производительности ацетилена: 1.25;3;5;10;20;80;160;320;640м/ч из них переносные генераторы имеют производительность до трех м/ч, а стационарные с 5 до 640 м/ч.

2. По рабочему давлению:

1 Низкого давления до 0.02 МПа

2 Среднего давления 0.02 до 0.13МПа

 

3. По взаимодействия карбида с водой:

КВ- карбид в воду. Применяется в стационарных генераторах. Высокий КПД т.к. количество воды в генераторе можно сделать с большим избытком.

ВК-воды в карбид, при этом вода подается определенными порциями. Генераторы по конструкции просты, однако имеют два недостатка:

1 Возможен перегрев генератора

2 Неполное расположение карбида

 

ВВ-вытеснение воды

ВК-ВВ специальные системы

Газовые горелки.

Инжекторные горелки.

Инжекторная горелка – это такая горелка, в которой подача горючего газа в смесительную камеру осуществляется за счет подсоса его струей кислорода, вытекающего с большой скоростью из отверстия сопла.

Кислород в инжекторную горелку подается под давлением 0.13 до 0.3 МПа, а для ацетилена давление газа от 0.001 до 0.12 МПа.

Достоинства: универсальность горелок, то есть они могут работать как на низком, так и среднем давлении горючего газа.

Недостатки: непостоянство горючей смеси в смесительной камере.

Безинжекторные горелки.

Это горелки, в которых горючий газ и кислород подаются в смесительную камеру под одинаковым давлением от 0.05 до 0.1 МПа, при этом инжекторная камера в них отсутствует. Эти горелки могут работать только на среднем давлении горючего газа.

Достоинства: сохранение постоянного состава горючей смеси в процессе работа.

Недостатки: меньшая универсальность по сравнению с инжекторной горелкой, так как безинжекторная горелка работает только на среднем давлении горючего газа. Для обеспечения стабильного одинакового давления горючего газа и кислорода применяют дополнительные регуляторы равного давления кислорода.

Газы.

При газовой сварке плавление для местного нагрева соединяемых деталей используют тепло реакции горения горючих газов (горючих жидкостей) в струе кислорода.

Кислород.

Кислород предназначен для поддержания горения путем образования горючей смеси.

Кислород – бесцветный газ, без запаха. Сам не горит, но активно поддерживает горение. Взаимодействует со всеми химическими элементами, кроме инертных газов.

Кислород образует с горючими газами и жидкостями взрывчатые смеси и даже с угольной пылью.

Кроме того под высоким давлением кислорода может привести к возгоранию любых органических горючих веществ: жиры, масла, смазки, грязь, угольная пыль и пластмассы.

Вся кислородная арматура тщательно обезжиривается.

Кислород на рабочие места доставляется в баллонах до 15МПа (150амосфер).

Горючий газ.

Так как температура плавления стали 1500⁰С, то по условию газовой сварки требуется горючая смесь, температура пламени которой должна быть не менее 3000⁰С. Этому условию отвечает горючий газ – ацетилен.

Ацетилен.

Основные свойства: бесцветный газ, легче воздуха, имеющий запах чеснока. Температура при сгорании в кислороде 3150⁰С. Хорошо растворяется в ацетоне. Получают спеканием кокса инегашеной известны в электропечах.

Жидкий карбид сливают в формы и остужают и дробят на определенных размеров 2-8 мм, 8-13 мм, 13-23 мм, 25-80 мм. При взаимодействии с водой образуется ацетилен и гашеная известь, при этой выделяется тепло. Теоретически на 1 кг СаС₂ нужно 5622 воды, практически применяют от 5 до 20 литров воды на 1 кг СаС₂. Ацетилен может быть получен из газа, в этом случае его называютпиролизным.

Ацетилен могут получать из нефтепродуктов. Карбид упаковывают в специальные бочки из кровельного железа. При вскрытии емкости необходимо пользоваться латунным ножом или латунным зубилом и молотком, чтобы избежать во время вскрытия искры. Вскрытый карбид в случае его неполного использования помещают в герметично закрывающуюся тару.

В. Виды сварочного пламени.

Сварочное пламя состоит из трех зон:

1. ядро;

2. восстановительная зона;

3. факел (окислительная зона).

 

Виды пламени:

1.Науглероживающее пламя (отличие - имеет зеленый венчик);

2. Нормальное пламя;

3. Окислительное (отличие – имеет голубой цвет, применяют для сварки латуни).

 

 

Науглероживающее пламя получают при подаче в горелку избыточного горючего газа или паров горючей жидкости.

Нормальное пламя получают при подаче в горелку такого количество кислорода, которое требуется соответствующему горючему газу или паром жидкости для 1 стадии горения.

Окислительное пламя получается при подаче в горелку избыточного количества кислорода.

Признаки нормального пламени.

Ядро имеет следующие особенности:

1 форма очерчена четно, близка к форме цилиндра с закругленными концами;

2 оболочка светится ярче (с наружной части оболочки сгорает раскаленные частицы углерода);

3 внутри ядро состоит из горючего газа и кислорода;

4 при касании внутренней части ядра расплавленного металла, происходит интенсивное окисление сварочного шва.

Г. Способы сварки.

Газовой сваркой могут соединить почти все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в промышленности. Наиболее широкое применение газовая сварка получила при строительно-монтажных работах, в сельском хозяйстве и при ремонтных работах. В практике различают два способа сварки: правый и левый.

Левым способом газовой сварки (до 5 мм) называется такой способ, при котором сварка производится справа налево, сварочное пламя направляется на еще не сваренные кромки металла, а присадочная проволока перемещается впереди пламени.

Левый способ наиболее распространен и применяется при сварке тонких и легкоплавких металлов. При левом способе сварки кромки основного металла получают предварительный подогрев, что обеспечивает хорошее перемешивание сварочной ванны.

Правым способом сварки называется такой способ, когда сварка производится с лева на право, сварочное пламя направляется на сваренный участок шва, а присадочная проволока перемещается вслед за грелкой. Пламя направляют на конец проволоки и уже сваренный участок шва. Мундштуком горелки при правом способе выполняют незначительные поперечные колебания, а при сварке стали менее 8 мм мундштук передвигают вдоль оси шва, без поперечных движений. Качеством шва при правом способе выше, чем при левом. Тепло пламени рассеивается меньше, чем при левом способе.

Раздел 11.

 

 

Раздел 1. Введение.

Сварка является таким же необходимым технологическим процессом, как обработка металлов резанием, литье, ковка, штамповка. Большие технологические возможности сварки обеспечили ее широкое использование при изготовлении и ремонте судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, реакторов, мостов и других конструкций. Применение сварки способствует совершенствованию машиностроения и развитию таких отраслей техники, как ракетостроение, атомная энергетика, радиоэлектроника.

О возможности использования «электрических искр» для плавления металлов еще в 1753 году говорил академик Российской академии наук Г.В. Рихман, занимавшийся исследованием атмосферного электричества.

В 1802 году профессор Санкт-Петербургской военно-хирургической академии В.В. Петров открыл явление электрической дуги и продемонстрировал возможность ее практического применения. Однако потребовались многие годы совместных усилий ученых и инженеров, направленных на создание источников энергии, необходимых для реализации процесса электрической сварки металлов. Важную роль в этих разработках сыграли открытия и изобретения в области магнетизма и электричества.

В 1882 году российский ученый-инженер Н.Н. Бенардос, работая над созданием аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов не плавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов.

В 1888 году российский инженер, Н.Г. Славянов предложил проводитьсварку плавящимся металлическим электродом. С его именем связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, разработка флюсов, предназначенных для воздействия на состав металла шва, создания первого электрического генератора. Затем, в 1907 году, шведский инженер О. Кьельберг разработал электроды из металлического стержня с нанесенным на него специальным покрытием, обеспечившие значительное повышение качества сварных соединений.

В середине 1920-х годах исследования процессов сварки были начаты во Владивостоке (В.П. Вологдин, Н.Н. Рыкалин, Г.К. Татур, С.А. Данилов), Москве (Г.А. Николаев, К.К. Хренов, К.В. Любавский),Ленинграде (В.П. Никитин, А.А. Алексеев, Н.О. Окерблом) и Киеве, где Е.О. Патон организовал в 1929 году лабораторию, а затем институт электросварки (ИЭС).

В 1924-1935 годы в основном применяли ручную сварку электродами с тонкими ионизирующими (меловыми) покрытиями. В эти годы под руководством В.П. Вологдина с использованием сварки были изготовлены первые отечественные котлы и корпуса нескольких судов. В 1935-1939 годы начали применять покрытые электроды со стержнем из легированной стали, что обеспечило широкое распространение сварки в промышленности и строительстве. В 1940-е года была разработана сварка под флюсом, которая позволила повысить производительность процесса и качества сварных соединений, а также механизировать производство сварных конструкций.

Вначале 1950-х и в ИЭС им. Е.О. Патона создают процесс электрошлаковой сварки для изготовления крупногабаритных деталей из литых кованых изготовок.

Начиная с 1948 года, в промышленности применяются такие способы дуговой сварки в защитных газах, как ручная сварка не плавящимся электродом, механизированная и автоматическая сварка не плавящимся и плавящимся электродами. В 1950-1952 года в ЦНИИТНаше при участии ЭВТУ им: Н.Э. Баумана ИЭС им. Е.О. Патона был разработан высокопроизводительный процесс сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа, обеспечивающей высокое качество сварных соединений.

Создание учеными новых концентрированных источников энергии - электронного и лазерного луча — обусловило появлением, получивших название электронно-лучевой и лазерной сварки, которые успешно применяются в промышленности. С развитием обитаемых космических станций сварка потребовалась в космосе. Наши космонавты В.Н.Кубасов и Г.С.Шонин в 1969 году и С.Е.Савицкая и В.А.Джонибеков в 1984 году провели в космосе сварку, резку и пайку различных металлов.

 

Раздел 2. Классификация видов сварки.

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установлению меж атомных связей между соединениями частями при их нагревании и (или) пластическому деформированию.

При всех способах сварки используют тепловую (нагрев) или механическую (давление) энергию активации или их сочетание, поэтому все способы сварки делят на три класса: термический, механический и термомеханический (ГОСТ 19521-74).