Пути повышения производительности труда при сварке

Повышение производительности сварки

Темы: Технология сварки.

Протекающие в дуге многоообразные физические явления вызывают как положительные, так и отрицательные эффекты в процессе сварки, усиливаемые или ослабляемые путем изменения разнообразных физических факторов. Наиболее общей характеристикой производительности труда (главного показателя электродугового сварочного процесса) является площадь свариваемых кромок в единицу времени. Как в случае получения швов главным образом за счет основного металла без разделки кромок, так и за счет присадочного, повышение производительности сварки достигается за счет следующих факторов:

1. Увеличение тока дуги. При этом возрастают масса расплавленного металла обоих электродов в единицу времени и глубина провара, особенно на обратной полярности. Верхний предел тока определяется толщиной свариваемого изделия и скоростью сварки. Глубина проплавления не должна превышать толщины кромок изделия. В настоящее время для дуговой сварки применяются токи до 2000 а. Диапазон больших токов пока не исследован.

2. Повышение концентрации нагрева путем увеличения плотности тока в дуге и уменьшения площади блуждания ее пятен по поверхности электродов. Эти меры содействуют увеличению давления дуги на металл и глубины проплавления изделия; осуществляются увеличением потенциала ионизации дугового газа и ограничением области существования дуги различными способами (флюсом, соплами и т. д.).

3. Повышение дугового напряжения главным образом за счет приэлектродных его падений. Это приводит также к росту скорости плавления электродов и увеличению глубины проплавления; осуществляется за счет увеличения потенциала ионизации дугового газа и его теплопроводности.

4. Снижение перегрева расплавленного металла электродов выше температуры плавления. Этим достигается увеличение его количества, расплавленного в единицу времени при заданной мощности дуги. Обеспечивается различными методами содействия крупнокапельному переносу металла.

5. Увеличение доли жидкого металла, переносимого каплями с расплавленного конца электрода. Достигается уменьшением сил, удерживающих каплю, и увеличением отрывающих сил.

6. Повышение скорости расплавления присадочного металла путем предварительного его подогрева за пределами дуги. Достигается увеличением вылета плавящегося электрода и плотности тока в нем.

7. Уменьшение разбрызгивания металла. Определяющие его факторы в полной мере неизвестны и требуют дальнейшего изучения. Однако в общем виде можно отметить, что стабилизация величины и направления сил, действующих на расплавленный металл электрода проволоки, содействуют уменьшению разбрызгивания.

Некоторые из перечисленных рекомендаций по повышению производительности сварки в ряде случаев не могут быть приняты, так как ведут к нежелательному течению металлургических процессов образования сварных швов, которые здесь не рассмотрены. Однако можно сказать, что для благоприятного протекания всех процессов получения сварного соединения с помощью электрической дуги должно быть соблюдено главное условие — устойчивость всех составляющих этих процессов. В свою очередь, они определяются устойчивостью дуги.

Источник: http://weldzone.info/technology/teoriya-svarki/550-povyshenie-proizvoditelnosti-svarki

Вопрос 29

Особенности сварки чугуна.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие углерода свыше 2,0%. Распространенные марки чугунов обычно содержат 2,5 — 4% углерода, 1 — 4,5% кремния, 0,2 — 1,5% марганца, примесь фосфора и серы.
Углерод в чугуне находится либо в химически связанном состоянии (карбиды железа в виде ледебурита, первичного и вторичного цементита), либо в свободном состоянии, т. е. в виде графита. Поэтому структура чугуна зависит от количества углерода, находящегося в химически связанном состоянии и может быть: перлито-графитовая; феррито-перлито-графитовая; феррито-графитовая. Чугуны различают по структуре, способам изготовления, химическому составу и назначению.
В зависимости от структуры различают следующие виды чугунов: белый и серый.
Белые чугуны содержат большую часть углерода, который находится в виде цементита, а меньшую часть в виде перлита. Эти чугуны очень хрупки, тверды, применяются редко и сварке не подлежат.
Серые чугуны содержат в своем составе углерод в виде структурного свободного графита, а основную металлическую часть чугуна в виде феррита и перлита.
По способу изготовления различают отЛивки из обычного и отливки из модифицированного чугуна. По химическому составу чугуны бывают нелегированные и легированные.
В зависимости от формы свободного углерода различают три вида серых Чугунов: серый чугун с пластинчатым графитом, характеризующийся низкой пластичностью и прочностью; серый чугун с графитом завихренной или глобулярной формы (модифицированный чугун); ковкий чугун — чугун, имеющий форму графита в виде хлопьев.
Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и от содержания в нем легирующих примесей. На рис. 85, а представлена схема влияния элементов на отбеливаемость чугуна. При низком содержании углерода и кремния получается белый чугун.

На рис. 85,6 показана зависимость структуры чугуна от содержания углерода и кремния, а на рис. 85, в — зависимость структуры от скорости охлаждения.
Чугун, основой которого является железо, содержит следующие химические элементы: углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, магний и легирующие компоненты в виде хрома, никеля, молибдена и др.
Повышение содержания углерода в сплаве железо плюс углерод, вызывает снижение температуры плавления и повышение его жидкотекучести, что является одной из причин невозможности сварки чугуна во всех пространственных положениях. Углерод в чугуне способствует выделению структурно-свободного графита, что снижает механические свойства чугуна.
Кремний в чистом железе растворяется до 14,3%. Он уменьшает устойчивость карбидов и способствует выделению свободного графита. Увеличение содержания кремния в чугуне уменьшает усадку чугуна при затвердевании за счет увеличения количества выделяющегося графита. Чем выше содержание кремния, тем выше графито-образовапие, т. е. кремний способствует графитизации чугуна.
Марганец, молибден, хром, сера, ванадий препятствуют образованию графита.
Марганец с железом образует растворы любой концентрации и обладает большим сродством к сере, углероду и кислороду и находится в виде сульфида марганца (MnS) и железомарганцевого карбида [(Fе·Мn)₃·С].
Сернистый марганец плохо растворяется в жидком и твердом чугуне. Марганец является стабилизатором карбида. При увеличении содержания марганца увеличивается усадка чугуна и металл приобретает склонность к образованию горячих трещин.
Сера с железом образует сульфид железа (FeS), который представляет собой твердое, хрупкое вещество. Сульфид железа с железом образует эвтектику с температурой плавления 953° С. Эвтектика, затвердевая несколько позже основного металла (чугуна), выделяясь по границам зерен, способствует образованию горячих трещин.
Фосфор в железе растворяется до 0,3%, но образует тройную эвтектику железа, цементита и фосфористого железа, которая представляет хрупкое вещество с температурой плавления 950 — 980° С. Эвтектика увеличивает жидкотекучесть чугуна. Фосфор не отбеливает и не графитизирует чугун. Увеличение фосфора в чугуне увеличивает его жидкотекучесть.
Магний, являющийся стабилизатором карбидов, способствует отбелу чугуна, но он, добавляемый в жидкий чугун, способствует выделению графита шаровидной формы.
В чугуне могут образовываться следующие структурные составляющие:
феррит — твердый раствор углерода в α - железе;
цементит — химическое соединение железа с углеродом;
перлит — смесь феррита с цементитом;
ледебурит — эвтектическая смесь цементита и перлита;
графит — особая форма углерода, наиболее мягкая и вместе с тем хрупкая составляющая чугуна.

Способы сварки

Сварка чугуна применяется в ремонтных целях и для изготовления сварнолитых конструкций. К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от типа и условий эксплуатации предъявляют требования по механической прочности, плотности (водонепроницаемость, газонепроницаемость) и обрабатываемости режущим инструментом. Обеспечить эти требования при сварке весьма сложно из-за физико-химических особенностей чугуна.
Трудности, возникающие при сварке чугуна, обусловлены, как правило, низкой стойкостью металла сварного соединения против образования трещин и плохой его обрабатываемостью на Механических станках.
Низкая стойкость основного металла и металла околошовной зоны против образования трещин характерна для чугуна пониженным запасом деформационной способности (пониженная прочность и пластичность).
Указанные особенности чугуна являются следствием нарушения сплошности его металлической основы включениями графита, а также склонностью его к отбелке и закалке даже при небольших скоростях охлаждения. Эти свойства чугуна определяются высоким содержанием углерода в нем.
Соединение чугунных деталей между собой выполняют газовой сваркой, пайкой, термитной сваркой, литейной сваркой, электродуговой сваркой и электрошлаковой, Сварку ведут без подогрева (холодный способ сварки), с местным подогревом и с общим подогревом всего изделия. Для дуговой сварки используют угольные, графитовые, стальные и легированные электроды, а также электроды из цветных металлов. Подготовку мест под сварку выполняют механическим путем или огневым способом. Для удержания расплавленного металла сварочной ванны (чугун жидкотекуч) применяют специальные формовки. Назначение формовки — удерживать расплавленный металл. Формовочная масса имеет следующий состав: кварцевый песок, замешанный на жидком стекле 40%, формовочная зеМЛя 30% и белая глина 30%.
Подготовленная к сварке деталь подвергается общему или местному подогреву до температуры 350 — 450° С. Иногда для особо сложных деталей подогрев производят до температуры 550 — 600° С.
Сварку выполняют как на переменном, так и на постоянном токе. Величину тока подбирают из расчета 50 — 90 а на 1 мм диаметра электрода.

Техника и технология сварки

Электродуговая сварка угольным электродом. При электродуговой сварке угольным электродом применяют в качестве электродов угольные или графитовые стержни. Присадочным материалом служат прутки чугуна, а для защиты и раскисления ванны применяют флюс, состоящий из технической безводной буры (Na₂B₄O₇), прокаленной при температуре около 400° и растертой в порошок. Иногда в качестве флюса применяют смесь, состоящую из 23% технической буры, 27% соды (Са₂СO₃) и 50% азотнокислого натрия (NaNO₃).
Электродуговая сварка чугунным электродом. В качестве электродов применяют литые стержни диаметром 8 - 12 мм. На стержни наносят специальные графитизирующие покрытия. Сварку производят на постоянном токе при обратной полярности как в горячем, так и в холодном состоянии. В состав покрытия входит графит, ферросилиций, термит, мрамор, алюминий (порошок), титановая руда и жидкое стекло.
Наплавка и сварка по способу Ростовского института инженеров транспорта. По этому способу наплавку производят чугунным электродом диаметром 7 — 8 мм по слою гранулированной шихты.
Применение.большого тока, графитизаторов и защитного слоя шихгы приводит к тому, что наплавленный металл получается мягким и обрабатывается обычным режущим инструментом. Отсутствие закалки в металле шва и в переходных зонах основного металла объясняется значительным разогревом основного металла и замедленным охлаждением. Этот способ занимает промежуточное положение между горячим и холодным способами сварки чугуна. Шихта состоит из чугунной стружки 30%, ферросилиция 20%, алюминия 30% и силикокальция 12%. Основой служит жидкое стекло.
Холодная сварка чугуна. Холодная сварка чугуна — это такой способ сварки, когда местный или общий подогрев изделия отсутствует. Холодную сварку чугуна производят стальными электродами, электродами из цветных металлов и электродами из аустенитного чугуна.
Сварка стальными электродами. При сварке стальными электродами с целью образования прочного наплавленного металла, в чугунное изделие завертывают шпильки, которые впоследствии обваривают. Такой способ применяют при ремонте тяжелых и громоздких чугунных деталей. При сварке чугуна стальными электродами металл шва обычно содержит повышенное количество углерода, вследствие чего имеет высокую твердость и подвержен образованию кристаллизационных и холодных трещин. Для снижения твердости металла шва при сварке стальными электродами применяют два способа.
Первым способом снижают в металле шва содержание углерода путем уменьшения глубины проплавления основного металла или процесс сварки ведут по слою окислительного флюса, содержащего до 30% окалины, где флюс выполняет функцию окислителя углерода.
Вторым способом получают химический состав и структуру металла шва, близкую по химическому составу и структуре серого чугуна, это достигается путем нанесения на стержень из углеродистой стали толстого графитизирующего покрытия, содержащего 30% ферросилиция и 30% графита.
Сварка медножелезными электродами. Для сварки чугуна применяют также и медножелезные электроды Покрытие этих электродов состоит из основного типа, содержащее железный порошок. В качестве стержней применяют медь марки М2, МЗ или ее сплавы.
Наиболее распространенными типами электродов являются электроды марки ОЗЧ-1 и МНЧ-1. Наплавленный металл этих электродов хорошо обрабатывается. Сварное соединение чугуна, выполненное этими электродами представляет собой механическую смесь меди и железоуглеродистого сплава, соединенного с основным металлом общими кристаллами стали, а также путем частичной диффузии меди в микропоры чугуна.
Сварка железоникелевыми электродами. Электроды марки ЦЧ-3 и ЦН-ЗА изготавливают из железоникелевой проволоки с покрытием фтористо-карбонатного типа и применяют для сварки высокопрочных и серых чугунов.
Электродуговая сварка электродами из аустенитного чугуна с токоподводящей обмазкой. Эти электроды предназначены для заварки дефектов литья и ремонтной сварки. Сварку этими электродами ведут постоянным током при прямой полярности. Обмазка этих электродов имеет хорошую электропроводность и поэтому дуга горит попеременно между металлическим стержнем и изделием, а также между обмазкой и изделием.
Механизированные способы сварки чугуна. Чугун иногда сваривают полуавтоматической и электрошлаковой сваркой. Полуавтоматическая сварка выполняется с применением порошковой проволоки и дает достаточно хорошие результаты. Электрошлаковая сварка также обеспечивает удовлетворительные свойства сварного соединения из серого чугуна. При этом способе сварки применяют в качестве электродов литые чугунные пластины. Правильный подбор электродов при электрошлаковой сварке и применение фторидных обессеривающих и неокислительных флюсов, а также замедленное остывание шва и околошовной зоны, что характерно только для электрошлаковой сварки, позволяют получить сварные швы без отбеленных участков, трещин, пор и других дефектов, влияющих на качество сварного соединения.

Источник: Электросварка. В. П. Фоминых А. П. Яковлев

http://tehinfor.ru/s_14/svarka_29.html

Вопрос 30