авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

Б. Д. Малышев, В. И. Мельник,

И. Г. Гетия

РУЧНАЯ

ДУГОВАЯ

СВАРКА

Допущено

Государственным комитетом СССР

по народному образованию

в качестве

учебника

для профессионально-технических училищ

ВВЕДЕНИЕ

Знач ител ьн ая роль в совершенствовании и р а зв и ­

тии народного хозяйства отводится строительно-мон­

таж н ы м организациям и промышленности строитель­

ных материалов. Техническая реконструкция и перево­

оружение на базе новой техники многих отраслей

промышленности, транспорта, сельского хозяйства, строительство жилых домов, развитие материальной базы, культурно-просветительных и спортивных соору­ жений возможны только при активном участии строи­ телей. Д л я успешного выполнения этой работы строи­ тельно-монтажны е организации и предприятия строи­ тельных м атериалов долж ны ежегодно пополняться квалифицированными рабочими кадрам и электросвар ­ щиков, подготовку которых проводят профессиональ­ но-технические училища (ПТУ).

Сваркой н азы вается процесс получения н ер азъ ем ­ ных соединений посредством установления м е ж ато м ­ ных связей м еж д у соединяемыми частями при их нагревании и расплавлении или пластическом деф орм и­ ровании. При дуго вой сварке д л я нагрева и р а с п л а в ­ ления используют электрическую дугу, которую открыл в 1802 г. профессор физики Санкт-Петербургской ме­ дико-хирургической академии В. В. Петров и у к а зал на возможность ее применения д л я освещения и п л а в ­ ления металлов. В 1881 г. русский изобретатель H. Н. Бенардос применил электрическую дугу (рис.

I.1, а ) д ля плавления н сварки м етал л а неплавящим ся, угольным электродом с дополнительной присадоч­ ной проволокой. Н еп ла вящ и м ся электродом называю т стерж ень из электропроводного м атериала, вклю чае­ мый в цепь сварочного тока д ля подвода его к свароч­ ной дуге, и не р асплавляю щ ийся при сварке. Н. Н. Б е ­ нардос применил д л я этой цели угольный электрод, а присадочную проволоку употребил д ля заполнения з а зо р а меж ду свариваемыми д етал ям и в качестве при­ садочного м еталла. В 1888 г. инженер-изобретатель Н. Г. Славянов разр а б о та л и применил способ дуговой сварки металлическим электродом (рис. 1.1, б ), при котором не требовалось дополнительного прутка, т ак 1* Рис. 1.1. Сварка по методу Бенардоса (а );

по методу Славянова (б );

сварка деталей пластическим деформнроганнем (в) 1 — дуга;

2 — металл;

3 — угольный электрод;

4 — металлический элект»

род;

5 — присадочная проволока;

6 — пресс;

7 — шов ка к п ла вя щ и й ся электрод, включенный в сварочную цепь, подводил ток к дуге и, расплавляясь, заполнял зазор между соединяемыми частями ка к присадочный металл. Расплавленны й дугой жидкий м еталл детали, электрода или присадочного прутка легко смеш ивает­ ся, образуя общую ванночку. При ее охлаждении ме­ т ал л затвердевает и укрепляются его межатомные связи. С варны м соединением назы ваю т неразъемное соединение, выполненное сваркой. С варной ш ов — это участок сварного соединения, образовавш ийся в ре­ зультате кристаллизации расплавленного м е талла или в результате пластического деформирования при с в ар ­ ке давлением или сочетания кристаллизации и д еф о р ­ мации. Н а рис. 1.1, в п оказана схема сварки деталей пластическим деформированием путем их сж ати я на прессе (кромки деталей предварительно нагреты в пе­ чи). Некоторые пластические металлы (медь, алю ми­ ний и др.) свариваю т пластическим деформированием без предварительного нагрева.

Д у го ва я сварка обладает значительным преимуще­ ством по сравнению с ранее применявшимся в строи­ тельстве соединением частей конструкций при помощи клепки: уменьшается расход м еталла, повышается производительность труда, сокращ аю тся сроки строи­ тельства и его стоимость. Р азвити ю процесса сварки уделяется большое внимание. Н аучно-исследователь­ ские институты и лаборатории высших учебных зав е­ дений и заводов работаю т над усовершенствованием сварки. Эту работу возглавляет Институт электро­ сварки им. Е. О. Патона, добившийся значительных успехов в создании новых типов сварочного оборудова­ ния и видов сварки. Ежегодно пополняются кадры инженеров, техников и рабочих-сварщиков, зак ан ч и ­ вающих обучение в институтах, техникумах и произ­ водственно-технических училищах. В строительно-мон­ т аж н ы х организациях большим почетом и уважением пользуются рабочие-электросварщ ики, больш ая часть которых зан ята ручной дуговой сваркой. М еханизация процесса сварки в строительстве затруднена вследст­ вие необходимости выполнения большого количества сварных швов в разных местах строительной конструк­ ции, в неудобных и различных пространственных положениях, поэтому ручная сварка еще надолго оста­ нется одним из важ ны х и ответственных технологичес­ ких процессов при сооружении объектов строительства и реконструкции народного хозяйства страны.

После окончания ПТУ и получения квалиф икация сварщ ика ручной дуговой сварки, р аботая на заводе строительных материалов или на строительстве, с в ар ­ щику предстоит выполнять разнообразную работу по ручной дуговой сварке элементов строительных конст­ рукций — колонн, ферм, резервуаров, опор, сосудов, арм атуры железобетона и множество других конструк­ ций из стали, цветных металлов и их сплавов. При ремонте оборудования потребуются сварка чугунных деталей и н ап л ав ка твердых сплавов. С варщ ик долж ен знать физическую сущность отдельных видов сварки, технологию и технику их выполнения д ля образования сварных соединений требуемого качества. Он долж ен т а к ж е знать аппаратуру и технологию плазменной и воздушно-дуговой и подводной резки металлов и уметь п рим ен ять'ее на практике после сдачи соот­ ветствующих испытаний. Поэтому программой подго­ товки сварщ иков предусмотрен, помимо практических занятий, на проведение которых отводится большая часть учебного времени, та к ж е курс теоретических з а ­ нятий по основам сварочного дела.

Программой подготовки сварщ иков в ПТУ преду­ смотрена подготовка электросварщ иков ручной д уго­ вой сварки 3—4 разрядов. С варщ ик 3-го разряд а д о л ­ жен знать устройство электросварочного оборудовав ния, свойства и значения электродных покрытий и з а ­ щитных газов, сортамент и маркировку применяемых основных и сварочных материалов, требования к с в а р ­ ным швам, причины возникновения сварочных н ап ря­ жений и деформаций и методы их предупреждения, основные виды контроля качества сварных швов и нор­ мы расхода сварочных материалов;

кроме того, он долж ен знать основы экономики труда и работы по бригадному подряду, правила охраны труда, п о ж а р ­ ной безопасности, внутреннего распорядка и гигиены труда. Он долж ен уметь выполнять работы по ручной дуговой и аргонодуговой сварке различных металлов и конструкций, уметь н ап лавлять изношенные детали и производить воздушно-дуговую резку и строж ку ме­ таллов.

К сварщ ику 4-го р азр я да, кроме того, п р ед ъ я в л я ­ ются дополнительные требования: он долж ен знать основные законы электротехники, способы испытания сварных швов, особенности сварки и воздушно-дуго­ вой резки на постоянном и переменном токе, механи­ ческие свойства свариваемых металлов и сварных швов, долж ен уметь подобрать режим сварки по при­ борам и читать чертежи сварных конструкций. Д о п о л ­ нительно к требованиям, предъявляемым к сварщ икам 3-го р азр я да, он долж ен уметь выполнять работы по сварке конструкций и трубопроводов из конструкцион­ ных сталей, цветных металлов и сплавов, сваривать детали из чугуна, н ап л ав лять сложные детали и инст­ румент, выполнять воздушно-дуговую резку и стр ож ­ ку деталей из различных металлов во всех пространст­ венных положениях.

П рограм м а трехгодичного обучения в ПТУ преду­ сматривает сочетание теоретических и практических занятий учащихся, а т а к ж е попутное прохождение об­ щ еобразовательного цикла.

В учебнике даны основные сведения по ручной д у­ говой сварке, которые необходимо знать будущему сварщ ику в соответствии с программой теоретической подготовки.

В ысокая теоретическая подготовка сварщ иков, р а ­ ботающих в условиях бригадного хозяйственного р а с ­ чета, будет способствовать развитию творческой ини­ циативы рабочих, укреплению производственной дис­ циплины и повышению производительности труда.

Книга написана коллективом авторов: глава И. Г. Гетия, остальные главы — В. И, М ельником при участии Б. Д. М алы ш ева.

ГЛАВА 1. КРАТКО Е ОПИСАНИЕ ПРО Ц ЕССО В СВАРКИ И РЕЗК И 1.1. Сущность процесса сварки Соединяемые сваркой металлы, пластмассы и д р у ­ гие материалы, ка к известно, состоят из атомов, р а з ­ мещенных в определенном порядке и скрепленных ме­ жду собой силами межатомного взаимодействия. П о ­ верхности каждого из соединяемых частей имеют свободные атомные связи, способные захваты вать ат о ­ мы или молекулы другой части. Н а рис. 1.2, а схем а­ тично показаны монокристаллы соединяемых частей металла с внутренними / и поверхностными 2 атомами.

Если соединяемые монокристаллы имеют идеально чистую и гладкую поверхность, то, сблизив их на р а с ­ стояние действующих межатомны х сил, казалось бы можно получить неразъемное соединение (рис. 1.2,6 ).

Однако это приведет к снижению свободной энергии системы атомов и поэтому потребует затраты дополни­ тельной энергии активации. Энергия активации—энер­ гия, необходимая д ля возбуждения поверхностных атомов, при котором происходят нарушение исходного энергетического состояния и переход в новое устойчи­ вое энергетическое состояние, т. е. соединение частей.

Н а практике такого рода соединения д ля твердых металлов без дополнительного воздействия каких-либо источников энергии неосуществимы. Это объясняется большой твердостью большинства металлов, наличием окисной пленки и загрязнений на соединяемых поверх­ ностях и невозможностью, несмотря на хорошую о б р а­ ботку шлифованием, сближ ения металлических частей на расстояние действующих межатомных сил. С ам о ­ произвольное соединение и смешивание возможны только для однородных жидкостей, у которых облегче­ но сближение атомов с образованием новых м еж атом ­ ных связей. Д л я соединения же металлов требуется приложение энергии. М еталлы малой твердости (сви­ нец, олово и др.) соединяют сдавливанием сравнитель­ но небольшим усилием. Д л я более твердых металлов, как, например, медь к алюминий, это усилие значи­ тельно растет, и процесс такого соединения становит­ ся неэффективным, а иногда — невозможным. Многие Рис. 1.2. Схема образования соединении а — монокристаллы соединяемых частей;

б — неразъемное соединение;

в — сварной шон;

/ и 2 - внутренние и поверхностные атомы металлы можно сваривать давлением при нагреве со единяемых кромок, которые приобретают пластичность и под влиянием пластической деформации начинают течь и соединяться подобно жидкостям.

Д у го в а я сварка плавлением при помощи электри ­ ческой дуги или других источников тепловой энергии широко распространена благодаря простоте соедине­ ния частей м е талла путем местного расплавления со­ единяемых поверхностей. Расп лавлен ие основного и присадочного м е талла облегчает их физические кон­ такты, обеспечивает подобно жидкостям смешивание металлов в жидкой сварочной ванне, одновременно у д ал яя оксиды и другие загрязнения. Происходят ме­ таллургическая обработка расплавленного металла и его затвердевание, образую тся новые межатомные связи. В кристаллизуемом металле образуется сварной шов (рис. 1.2, в ). Свойства сварного шва и соединения в целом регулируются технологией расплавления ме­ тал л а, процессом его обработки и кристаллизации.

В заи м н ая растворимость в жидком состоянии и о б р а­ зование сварного шва характерны д ля однородных, металлов, например д л я стали, меди, алюминия и др. Более сложным о казы вается соединение разнородных»

материалов и металлов. Это объясняется большой р а з ­ ницей их физико-химических свойств: температуры плавления, теплопроводимости и др., а т а к ж е несход­ ством атомного строения. Некоторые металлы, напри­ мер ж елезо и свинец и др., не смешиваются при рас­ плавлении и не образуют сварного соединения;

дру.

гие — железо и медь, ж елезо и никель, никель и медь хорошо смешиваются при сварке и образую т твердые растворы. Д л я соединения металлов, не поддающихся смешиванию при расплавлении, применяют особые виды сварки и методы ее выполнения.

1.2. Классификация сварки С варка классифицируется в первую очередь по физическому признаку — форме энергии, используемой д ля об разован ия сварного соединения. Д л я сварки ис­ пользуют три формы энергии: термическую, терм оме­ ханическую и механическую, и аналогично этому назы ваю т классы сварки. К термическому кла ссу от­ носят все виды дуговой, газовой, электрошлаковой, плазменной, электронно-лучевой, лазерной, термитной и световой сварки.

К термомеханическому к ла ссу относят все виды контактной, диффузионной, высокочастотной и кузнеч­ ной сварки.

К м еханическом у к ла ссу относят холодную, у л ь т р а ­ звуковую, магнитно-импульсную сварку и сварку тре­ нием и взрывом.

Многие из указанны х видов сварки в свою очередь подразделяю тся по различным техническим й техноло­ гическим признакам, например подразделение дуговой сварки по техническим п ризнакам производится в з а ­ висимости от способа защ иты м е тал л а в зоне сварки, от степени механизации видов дуговой сварки, от не­ прерывности процесса и т. п. П одразделение дуговой сварки по технологическим признакам производится в зависимости от формы сварного соединения, рода и полярности сварочного тока, вида плавящ егося или неплавящ егося электрода, хар а к т ер а воздействия дуги на м еталл и т. п. Аналогично подразделяю тся по у к а ­ занным признакам контактная, газо в ая и электрош ла ковая сварка. Такое подразделение процесса сварки предусмотрено ГОСТ 2601—84 и др.

1.3. К раткое описание видов сварки и резки, применяемых в строительстве Р у ч н ая сварк а выполняется человеком с помощью инструмента, получающего энергию от специального источника. В учебнике рассм атривается дуговая св ар ­ ка — сварка плавлением, при которой нагрев осущест­ вляется электрической дугой. Дуговую сварку п л а в я­ щимся электродом выполняют электродом, который, рас п л ав л яя сь при сварке, служит присадочным м етал­ лом. С уммируя эти три определения, можно сказать, Рис. 1.4. Автоматическая свар­ Рис. 1.3. Ручная сварка плавя* щимся электродом, покрытым ка под флюсом обмазкой 1 — электродная проволока;

2 —»

свариваемое изделие;

3 — сва­ 1 — стержень;

2 — обм азка;

3 — рочный флюс;

4 — дуга;

5 — основной металл сварочная ванна;

6 — расплав* ленный флюс;

7 — расплавлен­ ный металл что ручная дуговая сварк а п лавящ и м ся электродом выполняется сварщ иком с помощью инструмента, по­ лучающего энергию от специального источника;

р а с ­ плавляемы й при сварке электрод, закрепленны й в ин­ струменте, служит присадочным металлом, вводимым в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному металлу. Этот вид сварки в настоящ ее в р е­ мя занимает по объему выполненных сварочных работ первое место в строительно-монтажном производстве.

В начальный период внедрения сварки использова­ ли стальные электродны е стержни, нарубленные из проволоки и покрытые высушенным меловым р аство­ ром д л я облегчения возбуж дения и горения дуги. В н а ­ стоящее время используют электроды (рис. 1.3) со стержнями из проволоки определенного химического состава, покрытыми на электродообмазочных прессах специальной обмазкой, составленной из компонентов, предохраняю щих расплавляем ы й дуговой металл от вредного влияния воздуха и обеспечивающих требуе­ мый состав и механические свойства сварного соедине­ ния. Покрытие электрода, кроме того, улучш ает с т а ­ бильность горения дуги, р а сп ла вляем ы й металл по­ кры вается ш лаком и газами, образую щ имися при расплавлении покрытия и реагирующими с металлом.

Р а зр аб о тан о и изготовляется промышленностью боль­ шое количество покрытых электродов различных м а ­ рок д ля ручной сварки сталей и цветных металлов.

Д л я образования сварного соединения сварщ ик в озбуж дает дугу в месте будущего шва и п одд ерж ива­ ет ее горение, р ас п л ав л яя кромки основного металла и электрод. П ространство между свариваемыми ч астя­ ми заполняется жидким металлом кромок и электрода, происходит перемешивание металлов в одной ванне и образование шва. С варщ ик передвигает электрод по направлению к шву и вдоль его, об разуя соединение свариваем ых частей металла.

При дуговой сварке под флюсом (рис. 1.4) дуга го­ рит под слоем сварочного флюса. С варку выполняют установками автоматизированной сварки: в о збуж де­ ние дуги, подача электродной проволоки или приса­ дочного м е талла и относительное перемещение дуги и изделия осуществляются механизмами без непосред­ ственного участия человека по заданной программе.

С варочная дуга р асплавляет основной металл изде­ лия, проволоку и флюс, образуя сварочную ванну, по­ крытую слоем расплавленного флюса. Г ор ящ ая под флюсом дуга надежно защ ищ ена слоем флюса от воз­ духа и не щщ на сварщику. Состав порошкообразного флюса подбирают таким, чтобы он помимо защ иты от воздуха, расплавляясь, производил металлургическую обработку расплавленного металла, обеспечивая т р е­ буемое его качество. Производительность дуговой сварки под флюсом значительно выше ручной, т а к как этот вид сварки допускает применение больших св а­ рочных Токов, в результате чего масса наплавленного м етал л а в единицу времени в несколько раз больше, чем при ручной дуговой сварке покрытыми эле ктр о д а­ ми. С варка под флюсом особенно распространена на заводах, изготовляющих строительные конструкции.

Она применяется и при монтаж е конструкций для ван ­ ной сварки арм атуры железобетона.

Д у г о в а я свар ка в защитном газе (рис. 1.5) — это сварка, при которой дуга и расплавленный металл, а в некоторых случаях и остывающий шов для предо­ хранения от контакта с воздухом находятся в за щ и т ­ ном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специ­ альных устройств. Этот вид сварки широко применяют при изготовлении строительных конструкций и в мень­ шей степени при монтаже. Д л я сварки при изготовле­ нии конструкций используют в качестве защитного углекислый газ. С варку в углекислом газе (рис. 1.5, а ) производят обычно п лавящ и м ся электродом, который представляет собой тонкую проволоку, подаваемую по ш лангам вместе с газом через горелку в зону сварки Рис 1.5. Ручная сварка неплавящимся электродом в защитном газе без присадочной проволоки (я), с присадочной проволокой (б) / — горелка;

2 — зона сварки;

3 — плавящийся электрод;

4 — неплавящий ся электрод;

5 — защитный газ;

6 — присадочный металл Г 1- Рис. 1.6. Электрошлаковая сварка / — детали 2 — медная пластина;

3 — ползун;

4 — расплавленный ме­ талл;

5 — шлак;

5 — сварной шов;

7 — электродная проволока специальным механизмом. Такой вид сварки получил название механизированной дуговой сварки. Р учная а р гонодуговая сварка (рис. 1.5, б ) выполняется с по­ мощью специальной горелки, через которую подается защ итный газ (аргон или его смесь с гелием и другими г аза м и ). В горелке закреплен неплавящийся электрод из вольфрамового прутка, имеющего высокую тем пе­ ратуру плавления (4 5 0 0 °С) и поэтому почти не р а с ­ плавляю щ егося и мало расходуемого при сварке С варка возможна без присадочного и с присадочным металлом, который подается вручную сварщ иком или с помощью подающего механизма. В последнем слу­ чае — это механизированная сварка.

Электрошлаковая сварка (рис. 1.6) р азр аботана и внедрена в производство Институтом электросварки им. Е. О. Патона. Эта сварка осуществляется п л а в л е­ нием, при этом используется тепло, выделяю щееся при прохождении электрического тока через р ас п л ав л ен ­ ный ш лак. Ее применяют д ля соединения стальных деталей толщиной от 25— 30 до 1000 мм и более, р ас­ положенных в вертикальном или наклонном до 30° положении. Д етал и собирают с зазором от 20 мм и бо­ лее в зависимости от толщины деталей и закрепляю т.

а) S) Рис. 1.7. Сварка с принудительным формированием шва а — положения порошкообразной проволоки при сварке;

б — изготовление порошковой проволоки;

1 — расплавленный металл;

2 — ползун;

3 — по­ рош кообразная проволока;

4 — стальная лента;

5 — флюс;

6 — обжимаю­ щие ролики С одной стороны приж имаю т на всю длину стыка мед­ ную пластину, а с другой передвигаемый по мере св ар ­ ки о хлаж д аем ы й медный ползун. Первоначально, на дополнительной входной планке, закрепленной у ниж ­ них кромок соединяемых деталей, возбуж дается дуга, и создается ванна расплавленного металла и ш лака.

З атем электродная проволока погружается в щлак, и электрический ток, проходя через ш лак в металл, п родолж ает распл авл ять проволоку и кромки металла.

Происходит бездуговой электрош лаковый процесс сварки деталей с формированием сварного шва мед­ ной пластиной и ползуном. Автоматизирован весь процесс сварки: подача электродной проволоки в з а ­ зор, передвижение ползуна вверх, заполнение зазора расплавляем ы м металлом и шлаком, поддержание оп­ тимального уровня м еталла и ш лака, поддержание принятого реж им а сварки. Электрош лаковую сварку применяют на заводах строительных металлоконструк­ ций и на стройках при изготовлении и м онтаж е эле­ ментов стальных конструкций кожухов доменных пе­ чей, различных емкостей и т. п:

С варка с принудительным формированием шва (рис. 1.7, а ) по способу у д ер ж ан и я расплавленного м е талла от вытекания похожа на электрошлаковую сварку, однако при этом виде сварки идет дуговой про­ цесс, а не электрошлаковый. С варка осуществляется на установках автоматизированной сварки и возмож­ на во всех положениях. В процессе сварки расплавлен­ ный металл удерж ивается и формируется о х л аж д ае­ мыми ползунами. При сварке применяют порошковую проволоку, которую изготовляют (рис. 1.7,6 ) из тон­ кой стальной ленты, одновременно заполняемой по­ рошком-флюсом и сворачиваемой на специальном станке обж имаю щ ими роликами. Этот вид сварки применяют д ля м етал л а толщиной 10— 30 мм при со­ оружении резервуаров, трубопроводов и других конст­ рукций.

Газовая сварка — сварк а плавлением, при которой д л я нагрева используется тепло пламени смеси газов, сж игаем ы х с помощью горелки. Д л я сварки применя­ ют горючие газы, чащ е всего ацетилен (С2Н 2) или его зам енители— пропан-бутановые смеси, природный газ, водород, коксовый и другие газы, а т а к ж е горючие жидкости (бензин, керосин). Высокая тем пература сварочного пламени достигается сж иганием горючего газа или паров жидкости в кислороде. Температура ацетиленокислородного пламени достигает 3100— 3 2 0 0 °С, пропанокислородного 2600— 3750, водородно­ кислородного 2400— 2600 °С и т. д.

К ислород — бесцветный прозрачный газ без з а п а ­ ха. Его получают разделением атмосферного воздуха в специальных разделительных аппаратах. В атмосфе­ ре содерж ится 20,95 % кислорода. Он сж иж ается при атмосферном давлении и температуре минус 182,9 °С.

Д л я сварки и резки поставляется в газообразном виде в баллонах объемом 40 д м 3, содерж ащ их 6 м 3 кисло­ рода при давлении 15 М П а. С ж аты й кислород, сопри­ к а сая сь с маслом или другими ж ирам и, окисляет их с большой скоростью, что приводит к их воспламене­ нию и взрыву. Поэтому баллоны с кислородом надо п редохранять от загрязнений, а т а к ж е от ударов и н а ­ гревания, т а к ка к баллоны взрывоопасны.

Ацет илен — бесцветный газ с неприятным запахом, взрывоопасен при давлении 0,15—0,2 М П а и тем п е р а­ туре до 200 °С. Д л я взрыва достаточно небольшой искры. П оставляется в баллонах, заполненных специ­ альной пористой массой, пропитанной ацетоном, в ко­ тором растворен ацетилен. Д ав л е н и е ацетилена в б а л ­ лоне не д о лж н о превыш ать 1,9 М П а при 20 °С. Д л я осуществления сварки или резки баллон долж ен у ста­ навливаться вертикально, чтобы и збеж ать уноса ац е­ тона вместе с ацетиленом. В баллоне объемом 40 д м содерж ится растворенного ацетилена 5 м3. Д л я обес­ печения кислородом и ацетиленом крупных сварочных цехов кислород завозят в жидком виде в специальных танках, затем дегазирую т и сн аб ж аю т сварочные пос­ ты по газопроводам, а ацетилен добывают из карбида кальция (СаСг) в стационарных ацетиленовых генера­ торах и по трубопроводам подают в цех. Водород по­ с т а в л я ю т в б аллонах объемом 40 д м 3 под давлением 15 М П а, пропан-бутановые смеси— в баллонах в ж и д ­ ком виде.

Газовые баллоны окраш иваю т в разные отличи­ тельные цвета: кислородные — в голубой, ацетилено­ вые — в белый, водородные — в темно-зеленый, ж и д ­ кие горючие газы — в красный.

Следует иметь в виду, что смесь ацетилена и д р у ­ гих горючих газов с воздухом и особенно с кислоро­ дом взрывоопасна, поэтому баллоны с кислородом н а ­ до хранить отдельно от баллонйв с горючими газами и следить, чтобы не было утечки газов из баллонов.

При использовании кислорода и горючих газов для сварки давление их снижают с помощью специальных приборов-редукторов, закреп ляем ы х на выпускном штуцере вентиля баллона.

Д л я газовой сварки (рис. 1.8) используют газокис­ лородное п лам я горелки, в которую газ поступает по ш лангам. Д л я образования сварного шва обычно пользуются присадочной проволокой. С варка осущест­ вляется вручную и используется в строительстве при сантехнических работах д л я соединения труб неболь­ шого диам етра, воздухопроводов из металла неболь­ шой толщины, а так ж е при ремонтных работах.

Термитная сварка — сварка, при которой для на­ грева используется энергия горения термитной смеси.

Эту сварку (рис. 1.9) применяют д ля соединения сты­ ков арматурной стали, рельсов, проводов и т. п. С вари ­ ваемые детали помещают в специальную огнеупорную форму. З а тем в тигель, расположенный над стыком, засы паю т термитный порошок, состоящий из алю ми­ ния и железной окалины, и заж и гаю т его. Сгорая при температуре более 2000 °С, термит образует из окали ­ ны жидкий металл, который распл авл яет кромки д ета­ лей и сваривает их. Возможны добавление присадоч­ ного м еталла в процессе сварки в виде прутка и пере­ мешивание ванны этим прутком д ля лучшего у д а л е ­ ния ш лаковы х и газовых включений и формирования шва. Использование заранее приготовленных термит Рис. 1.8. Газовая сварка Рис. 1.9. Термитная сварка J — газокислородное плам я;

2 / — свариваемые детали;

2 — горелка, 3 — присадочная проволо* огнеупорная форма, 3 — тигель;

4 — электрод Рис. 1.10. П лазменная сварка 1 — дуга;

2 — сопло плазмотро­ на;

3 — электрод Рис. 1.11. Контактная сварка а — точечная, б — ш овная, в -»

стыковая сварка оплавлением!

1 — сварное соединение, 2, 3 — соединяемые детали, 4, 5 — электроды, 6 — сварная точка;

7 — усилие сж атия ных патронов для сварки проводов и токопроводящих шин зам етно повышает ее производительность.

П л азм енная с в ар к а — это сварка плавлением, при которой нагрев происходит сж атой дугой (рис. 1.10).

П лазм ой назы ваю т ионизированный и нагретый газ.

Д л я его получения струю г а з а подают под давлением в сопло плазмотрона — горелки д л я сварки или резки сж атой дугой, в которой закреплен вольфрамовый электрод. Проходя в сопле через дугу, газ нагревается, ионизируется, при этом стенки сопла увеличивают д а в ­ ление на дугу, и она выходит из сопла в виде плазм ы с температурой до 40 000°С. П л азм ен н а я струя хоро ро режет металл, поэтому в строительном производст­ ве плазмотроны используют главным образом для р ез­ ки сталей и цветных металлов. Д л я сварки этот вид осваивается только при использовании в автом атизи­ рованных установках.

Контактная сварка — с в арк а с применением д а в л е ­ ния, при которой используется тепло, выделяющееся в контакте свариваем ых частей при прохождении электрического тока. Этот вид сварки, в свою очередь, п одразделяется на несколько видов: точечная контакт­ н ая сварка, рельефная сварка, шовная контактная сварка, стыковая контактная сварка оплавлением и контактная сварк а сопротивлением.

Точечная контактная сварка (рис. 1.11, а ), — это сварка, при которой сварное соединение получается меж ду торцами электродов 4 и 5, подводящих ток и передаю щ их усилие сж атия. Место контакта 1 соеди­ няемых деталей расплавляется теплом, выделяемым при прохождении электрического тока, электроды сж им аю тся усилием, в результате чего образуется свар н ая точка 6. Точечную сварку широко применяют при изготовлении арм атурных сеток, в местах пересе­ чения стержней. Д л я соединения пересекающихся стержней пространственных арм атурных конструкций применяют специальные подвесные сварочные клещи.

Рельефная сварка — это контактная сварка, при которой сварное соединение получается на отдельных участках, обусловленных их геометрической формой, в том числе по выступам. Этот вид сварки применяют д л я соединения стержней арм атуры с плоскими з а ­ кладными пластинами, д ля чего на пластинах или на стерж н ях делаю т один-два выступа. К онтактная с в а р ­ ка осуществляется при пропускании тока и сжатии стержня с пластиной специальными электродами, в ре­ зультате чего места примыкания выступов к стержню разогреваю тся до оплавления, а при сж атии о б р а зу ­ ются точечные сварные соединения.

Шовная контактная сварка (рис. 1.1 1,6 ), при ко­ 2—548 торой соединение свариваемых деталей происходит между вращ аю щ имися роликовыми электродами и 5, подводящими ток и передающими усилие сж атия.

Точки 1 перекрывают друг друга, о б р азу я непрерыв­ ный шов. Этот вид сварки применяют для соединения строительных конструкций из тонкого металла, возду­ хопроводов, облицовочных кожухов труб и др.

Стыковая сварка оплавлением (рис. 1.11, в) — это сты ковая контактная сварка, при которой нагрев ме­ та л л а сопровождается оплавлением торцов. С ва р и ­ ваемые детали закрепляю т в губках контактной сты­ ковой машины, к которым подведен электрический ток. При сближении деталей малым усилием между торцами происходит сильный разогрев, сопровож дае­ мый искрами и брызгами, в результате чего торцы оплавляю тся, затем усилием детали быстро с б л и ж а ­ ются, ток выключается, и образуется сварное соедине­ ние, окруженное выдавленным гратом1 состоящим из, окисленного перегоревшего металла, который очищ а­ ют. Д л я деталей большого сечения с целью снижения электрической и механической мощности машины при­ меняют стыковую сварку с предварительным подо­ гревом путем периодического сближения деталей с небольшим давлением и нагревом стыка небольшим то­ ком. После нагрева до определенной температуры уве­ личивают ток и осуществляют сварку оплавлением'.

Этот вид сварки используют д л я стыкования ар м ат у р ­ ных стержней и соединения труб.

Стыковая сварка сопротивлением — контактная стыковая сварка, при которой нагрев металла осущ е­ ствляется без оплавления стыкуемых торцов. Схема сварки аналогична приведенной на рис. 1 Л \,в. С пер­ ва сж им аю т детали губками, а затем1 включают ток.

М еж ду торцами создается контактное сопротивление, отдельные выступы на торцах под влиянием тем п ера­ туры сминаются, и дальнейший нагрев происходит за счет сопротивления деталей. Когда температура ме­ т а л л а на торцах приблизится к температуре п лав ле­ ния, происходит под влиянием усилия сж ати я сварка с образованием плавного утолщения.

Электронно-лучевая сварка (рис. 1.12) — сварка плавлением, при которой д ля нагрева используют энергию ускоренных электронов. Д л я получения сва­ рочного луча электронов применяют электронную пуш ку. Она состоит из вольфрамового или м е тал л окер а­ мического катода, который разм ещ ен в фокусирующей головке, на некотором расстоянии находится у ск о р я­ ющий электрод-анод с отверстием. При пропускании переменного тока низкого напряж ения нагретый катод эмитирует (испускает) поток электронов, который, проходя через отверстие анода, приобретает мощное ускорение, а затем формируется магнитной линзой и отклоняющей магнитной системой, в результате чего образуется узкий уплотненный пучок электронов, н а ­ правленны х на небольшую площ адку изделия. П о л о ­ жительный потенциал анода достигает нескольких десятков тысяч вольт. При ударе о поверхность м етал ­ ла энергия электронов превращ ается в тепловую, про­ п л а в л я я металл узким швом. С варку выполняют в в а ­ кууме, создаваемом в специальной камере, куда поме­ щ аю т пушку и изделие;

в основном ее применяют для соединения тугоплавких, химически активных м етал­ лов. В строительной индустрии встречается эпизоди­ чески.

Лазерная сварка — сварка плавлением, при кото­ рой д л я нагрева используется энергия излучения л а з е ­ ра. § т а свар ка основана на использовании излучения световой энергии, специально усиленной взаимодей­ 2* ствием фотонов с атомами системы. В строительной индустрии пока не применяется, однако в перспективе возможно ее внедрение для специальных видов сварки.

Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуще­ ствляемым при воздействии ультразвуковых ко л еб а­ н и й — для соединения деталей из пластмасс.

Плазменную, кислородно-дуговую и воздушно-ду­ говую разделительную и поверхностную резку м е т а л ­ лов применяют для термической обработки стали и цветных металлов. П ла зм ен н ую р езк у осуществляют плазмотронами для раскроя листов стального п р о ка­ та, алю миния и других цветных металлов. В основном это механизированная резка, для ручной резки при­ меняют резаки-плазмотроны ( с м. г л. 24).

При кислородно-дуговой р езке используют полый (трубчатый) электрод наруж ны м диаметром 6— 10 мм и длиной до 400 мм, покрытый специальной обмазкой.

По трубке электрода подается под давлением кисло­ род. Резчик, д е р ж а электрод в специальном д е р ж а т е ­ ле, включает ток, заж и га ет дугу с к р а я разрезаемого металла и, перем ещ ая электрод вдоль линии реза, постепенно р аспл авл яет металл, который сгорает в струе кислорода и выдувается им, образуя разрез.

Кислородно-дуговую резку используют в основном д ля подводных работ.

Ч ащ е применяют воздуш н о-дуговую резку стали.

При этом виде резки расплавляем ы й дугой угольного или графитизированного электрода металл выдувается струей сж атого воздуха, таким образом осущ ествля­ ется раздели тельная или поверхностная резка.

Контрольные вопросы 1. Что называется сваркой?

2. Какая разница между плавящ им ся и неплавящ им ся элек­ тродами, их значение?

3. Какие виды сварки плавлением вы знаете?

4. Д л я чего служат обмазка электрода и защитный газ?

5. В чем разница между дуговой и электрошлаковой свар• кой?

6. Что такое плазма?

Упражнения 1, Требуется соединить сваркой две стальные детали, зазоа между ними 4 мм, толщина 5 мм. Какими способами возможна их сварка?

2. Требуется отрезать куски медного листа толщиной 10 мм и длиной 400 мм. Каким способом можно это сделать?

ГЛАВА 2. С ВА Р Н Ы Е СОЕДИНЕНИЯ И Ш ВЫ КОНСТРУКЦИЙ 2.1. Типы св ар н и х соединений. Сварные швы Термины и определения основных понятий по св ар­ ке металлов устанавли вает ГОСТ 2601—84. Сварные соединения подразделяю тся на несколько типов, опре­ деляемых взаимным расположением свариваемых д е­ талей. Основными из них являю тся стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые соединения. Д л я образования этих соединений и обеспечения требуемо­ го качества долж ны быть заранее подготовлены кром­ ки элементов конструкций, соединяемых сваркой. Фор­ мы подготовки кромок д ля ручной дуговой сварки стали и сплавов на железоникелевой и никелевой ос­ нове установлены ГОСТ 5264—80.

Стыковым соединением назы ваю т соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями. Н а рис. 2.1 показаны формы подго­ товки торцевых поверхностей (кромок) и очертание сварного стыкового шва, полученного в результате сварки.

ГОСТ 5264—80 предусмотрено 32 типа стыковых соединений, условно обозначенных C l, С2, С28 и т.д., имеющих различную подготовку кромок в зависимости от толщины, расположения свариваемых элементов, технологии сварки и наличия оборудования для о б р а­ ботки кромок. Н а рис. 2.1, а п оказана подготовка кро­ мок для элементов толщиной 1— 4 мм в виде отбор товки, при расплавлении которой образуется шов. На рис. 2.1,6 показаны два вида подготовки кромок без их скоса ( р а з д е л к и ): первый применяют при толщине металла 1— 4 мм и односторонней сварке, второй при толщине 2— 5 мм и сварке е двух сторон. При большой толщине металла ручной сваркой невозможно обеспе­ чить проплавление кромок на всю толщину, поэтому делаю т разд ел к у кромок, т. е. скос их с двух или од­ ной стороны. Н а рис. 2.1, в показан один из распрост­ раненных видов подготовки кромок при толщине ме­ та л л а 3—60 мм. Кромки окаш иваю т на строгальном станке или термической резкой (плазменной, газо­ кислородной). Общий угол скоса (50 ± 4 ) °, т ак ая под­ готовка назы вается односторонней со скосом двух Рис. 2.1. Стыковые соединения и швы а — подготовка кромок в виде отбортовки (толщина элемента 1—4 м м );

б — подготовка кромок без скоса, в — подготовка кромок со скосом;

2 — * подготовка кромок стали толщиной 8—120 мм кромок. При этом д олж н а быть вы д ерж ан а величина притупления (нескошенной части) «с» и зазор «б», величины которых установлены стандартом в зависи­ мости от толщины металла. Н а рисунке показано очер­ тание основного «О» и подварочного «П» швов. Шов стыкового соединения н азы ваю т стыковым швом, а подварочный шов — это меньш ая часть двусторон­ него шва, выполняемая предварительно для предот­ вращения прожогов при поседующей сварке основно­ го шва или н акл ад ы в аем а я в последнюю очередь, по­ сле его выполнения. Н а этом ж е рисунке показана подготовка кромок стали толщиной 6— 100 мм со стальной подкладкой, применяемая иногда в строи­ тельстве в случае невозможности выполнить п одва­ рочный шов. Кроме того, там ж е показан вари ан т стыкового шва с разделкой только одной детали под углом ( 4 5 ± 2 ) ° и с разделкой вертикальной детали под тем ж е углом.

Н а рис, 2.1, г п оказана подготовка кромок стали толщиной 8— 120 мм. Обе кромки свариваемых эле­ ментов скаш иваю т с двух сторон на угол ( 2 5 ± 2 ) ° каждую, при этом общий угол скоса составляет (50 ± ± 4 ) °, притупление «с» и зазор «б» устанавливаются стандартом в зависимости от толщины стали. Т ак ая подготовка назы вается двусторонней со скосом двух кромок. При этой подготовке усложняется обработка кромок, по зато резко уменьшается объем н ап лавлен ­ ного м е талла по сравнению с односторонней подготов­ кой. С тандартом предусмотрено несколько вариантов двусторонней подготовки кромок: подготовка только одной верхней кромки, применяемая при вертикальном расположении деталей, подготовка с неравномерным пс толщине скосом кромок и др.

Угловым соединением назы ваю т соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев. Таких соединений на­ считывается 10: от У1 до У10.

Н а рис. 2.2 показаны примеры угловых соединений и очертания угловых швов. Д л я толщины металла 3 — 60 мм кромку примыкающего элемента скашивают под углом ( 4 5 ± 2 )°, сварной шов основной «О» и под варочный «П» (рис. 2.2, а ). При этой ж е толщине и сквозном проваре можно обойтись без подварочного шва (рис. 2.2, б ). Часто применяют угловое соединение со стальной подкладкой (рис. 2.2, в ), которая обеспе­ чивает надежный провар элементов по всему сечению.

При толщине металла 8 — 100 мм (рис. 2.2, г) приме­ няют двустороннюю разделку примыкающего элемента под углом (4 5 ± 2 )°.

Тавровым соединением (рис. 2.3) называю т с в ар ­ ное соединение, в котором торец одного элемента при­ мыкает под углом и приварен угловыми швами к бо­ ковой поверхности другого элемента. Стандартом пре­ дусмотрено несколько типов таких соединений: с Т по T9. Распространенным является соединение, пока­ занное на рис. 2.3, а, для металла толщиной 2— 40 мм.

Д л я такого соединения никакого скоса кромок не д е­ лают, а обеспечивают ровную обрезку примыкающего элемента и ровную поверхность другого элемента.

При толщине металла 3—60 мм и необходимости сплошного шва между элементами, что предусматри­ вается проектом конструкции, в примыкающем эл е­ менте делаю т разд ел к у кромок (рис. 2.3, б) под углом ( 4 5 ± 2 ) °. Н а практике часто применяют тавровое со­ единение с подкладкой (рис. 2.3, в) при толщине ста S) s) Рнс. 2.2. Угловые соединения и швы а — с подварочныад швом (толщина металла 3—60 мм), б ~ со стальной прокладкой, б — без подварочного ш ва, г — с двухсторонней разделкой примыкающего элемента (толщина м еталла 8—100 мм) Рис. 2.3. Тавровые соединения и швы а — длч металла толщиной 2—40 мм;

б — толщиной 3—60 мм;

в — соеди* нение с подкладкой, г — соединение с двухсторонним скосом кромок (тол­ щина металла 8—400 мм) ли 8—30 мм, а т а к ж е соединение с двусторонним ско­ сом кромок примыкающего элемента при толщине стали 8—40 мм (рис. 2.3, г ). Все эти соединения со скосом кромок примыкающего элемента обеспечивают получение сплошного шва и наилучшие условия р а б о ­ ты конструкций.

L 3) Рис. 2.4. Нахлесточные соединения и швы а — с приваркой двух торцов, 6 — с приваркой одного торца, в — соеди­ нение с накладкой, г — соединение с точечными швами, д — действие растягивающ их нагрузок иа свариое соединение Нахлесточным соединением назы ваю т сварное соединение, в котором сваренные угловыми швами эле­ менты расположены п араллельно и частично перекры­ вают друг друга. Стандартом предусмотрено два т а ­ ких соединения: Н1 и Н2 (рис. 2.4). К а к видно из ри­ сунка, они отличаются только тем, что в соединении на рис. 2.4, а привариваю тся два торца к поверхности элементов, а в соединении на рис. 2.4, б — только один торец. П рименяют иногда разновидности нахлесточно го соединения: с накладкой (рис. 2.4, в) и с точечными швами (рис. 2.4, г ), соединяющими части элементов конструкции.

И з перечисленных сварных соединений наиболее надежными и экономичными являю тся стыковые со­ единения, в которых действующие нагрузки и усилия воспринимаются так же, ка к в целых элементах, не подвергавшихся сварке, т. е. они практически равно­ ценны основному металлу, конечно, при соответствую­ щем качестве сварочных работ. О днако надо иметь в виду, что обработка кромок стыковых соединений и их подгонка под сварку достаточно сложны, кроме того, применение их бывает ограничено особенностями формы конструкций. Угловые и тавровые соединения т а к ж е распространены в конструкциях. Нахлесточные соединения наиболее просты в работе, так как не нуж даю тся в предварительной разд ел к е кромок, и подго­ товка их к сварке проще, чем стыковых и угловых со­ единений. Вследствие этого, а так ж е из-за конструк­ тивной ф о р ^ ы некоторых сооружений они получили распространение д ля соединения элементов небольшой толщины, но допускаются д ля элементов толщиной до 60 мм. Недостатком нахлесточных соединений я в л я ­ ется их неэкономичность, вы званная перерасходом ос­ новного и наплавленного м еталла. Кроме того, из-за смещения линии действия усилий при переходе с од ­ ной детали на другую и возникновения концентрации напряжений снижается несущая способность таких соединений (рис. 2.4, д ).

Н а всех рисунках сварных соединений показаны очертания сварных швов. Р а зр езы этих швов — сты­ ковых, угловых и точечных — показаны на рис. 2.5. Н а всех швах стрелкой показан корень шва — часть шва, наиболее у даленная от его поверхности. В большинст­ ве случаев корень шва расположен в самом начале или в середине шва, и от качества его провара зависит работоспособность сварного шва, особенно при пере­ менных и динамических нагрузках.

Кроме перечисленных сварных соединений и швов при ручной дуговой сварке применяют соединения под острыми и тупыми углами по ГОСТ 11534—75, но они встречаются значительно реже. Д л я сварки в за щ и т­ ном газе, сварки алюминия, меди, других цветных металлов и их сплавов применяют сварные соедине­ ния и швы, предусмотренные отдельными с та н д ар ­ тами. Например, форма подготовки кромок и швов конструкций трубопроводов предусмотрена ГОСТ 16037—80, в котором определены основные размеры швов для различных видов сварки. Н а рис. 2.6, а по­ к азан а подготовка кромок шва С-1 с толщиной э л е ­ ментов 2— 4 мм д ля ручной дуговой сварки п л а в ящ и м ­ ся электродом и 2—3 мм д л я сварки неплавящ имся электродом в защитном газе. Н а рис. 2.6, б показана форма подготовки кромок шва С-6 с толщиной 3— 20 мм д ля комбинированной ручной сварки п л а в я ­ щимся или неплавящимся электродом подварочного шва и последующей механизированной сварки основ­ ного шва, а так ж е для сварки стали толщиной 3 мм неплавящ имся электродом в защ итном газе.

a) S) „ I) Рис. 2.5. Очертания разрезов и обозначения размеров швов а — С Т Ы К О В О Й односторонний Ш О В СО С КО СО М двух кромок, б — угловой ШОР с разделкой примыкающего элемента, в — точечный шов;

г — угловые швы таврового соединения, д — стыкобой шов без разделки кромок) е, / — ширина шва;

g — выпуклость;

k — катет шва;

d — диаметр Точки Рис. 2.6. Форма подготовки кромок трубопроводов а — шов С 1 (толщина элемента 2—4 мм), 6 — шов С-6 (толщина 3—20 мм) 2.2. Классификация сварных швов по различным внешним признакам Сварные швы конструкций из стали, цветных ме­ таллов и их сплавов различаю тся по ряду признаков.

По положению относительно действующего усилия Р швы могут быть лобовыми, косыми и фланговыми.

Эти определения относятся к угловым швам нахле сточных соединений (рис. 2.7). Лобовой шов располо­ жен перпендикулярно усилию, фланговый — п а р а л ­ лельно, а косой — под углом.

Разделение сварных швов по основным положени­ ям сварки плавлением установил ГОСТ 11969—79*, Согласно ГОСТу положение сварки определяется уг S) /) i) E Рис. 2.7. Расположение швов относительно действующего усилия Р а — лобовой, б — фланговый;

в — косой;

г — лобовой и косые швы Рис. 2.8. Форма швов а — выпуклые;

б — без выпуклости;

в — вогнутые лом наклона а продольной оси шва и углом поворота Р поперечной его оси относительно их нулевых поло­ жений. Если отдельные слои многослойного шва вы ­ полняются в р азны х положениях, обозначения отно­ сятся к к а ж д о м у слою в отдельности. В табл. 2. показаны схемы различных положений и их об о зн а­ чения. Стрелкой, направленной вверх, обозначена сварка на подъем, направленной вниз — сварка на спуСк. По удобству и легкости выполнения самое луч­ шее положение — это Л и Н, затем положения у с л о ж ­ няются в таком порядке: Пв, Пг, В, Г, Пп и П, послед­ ние два — самые трудные для выполнения, их следует избегать.

Сварные швы различаю тся по и х протяженности и бывают непрерывными и прерывистыми. В основ­ ном все швы выполняют непрерывными, однако иногда применяют прерывистые швы, если не требуется их сплошности и при малых нагрузках. При сборке кон­ струкций под сварку часто употребляют сборочные 2.1. Обоздчение основных положений сварки плавлением Углы, Тип сварного шва Наименование ф ад основных положений Ок Я аз угловой С ТЫ К О В О Й Л «В лодочку»

kh Н Нижнее ПЖИ а».

•^*1!

(j — [ UА Полугоризон - Пг тальное N Горизонтальное Пв П олувертикаль ное Вертикальное П р од олж ение табл 2 П р и м е ч а н и я : 1. Предельные отклонения во всех поло­ жениях i l O ”. 2. /о и I — положение продольной оси шва;

П а и / / — положение поперечной оси шва.

швы — прихватки, которые ставят с перерывами, для предварительного закрепления конструкций. В з а в и ­ симости от веса собираемых элементов и их толщины назначаю т длину и сечение прихваток: чем больше вес и толщина, тем больше долж но быть прихваток.

П о внеш ней форме и количест ву н а п лавленного металла различаю т швы выпуклые и вогнутые (рис.

2.8). К ак правило, все швы выполняют выпуклыми с небольшим усилением, номинальная величина кото­ рого 0,5 мм установлена ГОСТ 5264—80. Иногда тре­ буется д ел ать швы без выпуклости, что долж но быть указан о в чертеж ах. Вогнутыми выполняют угловые швы, что т а к ж е указы вается в чертеж ах и требуется для улучшения работы сварных соединений при пере­ менны^ нагрузках или по другой причине. Стыковые швы еогнутыми не делают, вогнутость таких швов является браком. Стыковые и угловые швы могут быть однослойными при небольшой толщине свариваемых деталей и л и м ногослойны м и (рис. 2.9) при большой толщине. Однослойные швы, ка к правило, бываю т о д ­ нопроходными, а многослойные — многопроходными.

По характеру требований, предъявляемы х к сварным швам, они могут быть прочными или плотными (не­ проницаемыми д ля газов или ж и д кости ). К ак прави­ ло, сварные соединения (особенно стыковые) должны быть равнопрочны основному металлу, а т а к ж е д о л ж ­ ны быть прочноплотными.

2.3. Сведения о расчете сварны х соединений и их обозначения на чертеж ах Располож ение, величина и требования к сварным ш вам обычно указаны в ч ертеж ах стальных конструк­ ций иа основании расчета. При расчете на прочность учитываются расчетные характеристики основного металла и сварного соединения. К ним в первую оче­ редь относятся расчетные сопротивления, выраженные в М П а. С Н и П П-23-81* «Стальные конструкции» уста­ новил:

1. При осуществлении контроля качества сварных швов физическими методами (просвечиванием, ульт­ развуком и др.) расчетные сопротивления стыковых соединений при сжатии, растяжении, изгибе равны расчетным сопротивлениям основного металла.


2. П ри отсутствии контроля физическими метода­ ми они составляю т только 85 % величины сопротивле­ ния основного металла.

3. Р асчетны е сопротивления срезу угловых швов равны 45 % временного сопротивления основного ме­ талла.

К а к видно из приведенных сравнений сварных со­ единений с основным металлом, специальный расчет стыковых соединений может не производиться при вы­ полнении условия, указанного в п. 1. В остальных слу­ чаях расчет стыковых соединений на растяж ение или сж атие производят по формуле (2. 1) где N •— продольная сила, Н;

F — площадь сечения шва, м2;

R — расчетное сопротив пение шва, равное 0,85 расчетного сопротив­ ления основного металла, М Па;

т — коэффициент условия рабо­ ты сварного соединения, принимаемый 0,8—0,95 в зависимости от вида свариваемого элемента Соединение с угловыми швами (нахлесточные, т а в ­ ровые) рассчитывают на срез по формуле (2. 2) N /(p,7 tk ) R ™, где N — усилие, Н;

I — длина ш ва, м;

k — катет шва, м;

— расчетное сопротивление срезу, равное 0,45 временного сопротив­ ления основного металла.

2.2. Вспомогательные знаки и их расположение на чертеж ах Расположение знака относитель­ ного шва Вспомогательный знак н значение знака с лицевой сто­ с обратной сто­ роны роны Выпуклость ш ва снять Наплывы и неровности обра­ ботать с плавным переходом к металлу шва М онтажный шов Шов прерывистый г То же в шахматном порядке со 2.3. Примеры обозначения швов Условные обозначения Наименование шва Форма шва с обратной стороны с лицевой стороны Стыковой двусторонний, выполненный д у ­ говой сваркой покрытымн электродами -------- ГОСТ 14771-76 У Угловой двусторонний шов, без скоса кро­ f\ мок, выполненный в инертном газе непла Г вящимся электродом с присадочным ме­ таллом / I ГОСТ 1477Т-76 У!Г Примечание. При наличии на чертеж е одинаковых швов указы вается обозначение одного нз них.

Пример. Требуется определить длину ш ва стыкового соеди­ нения при N = 1 000 000 Н, толщина металла 0,01 м, расчетном сопротивлении 230 М П а (230 000 000 Н /м 2) и т = 0,8, По формуле (2 1) определяем / = jV /(0,8 * 0,0 1 /? ), так как f = 0, 0 1, то 1 000 I = ------------------ --------------- = 0,5 4 м.

0,8 -0,0 1 -2 3 0 000 Требуется определить катет углового ш ва при Л/= 5 0 0 000 Н, /»

= 0,3 м и « “ = (0,45-360) М П а = 1 6 2 М П а = 1 6 2 000 000 Н /м 2.

И з формулы (2 2) определяем, „„ \ 500 * _ * / ( 0, 7 к »,) - О|7, | 6г0с;

0- -^ з - 0.014 «.

Сварные швы обозначают на строительных черте­ ж а х в виде букв и цифр. Например, швы стыковых со­ единений обозначаю т С 1, С2, СЗ и т.д., швы угловых соединений — У 1, У2 и далее согласно ГОСТ 5264—80.

Сварные швы, выполненные в защ итном газе, обозна­ чаю т т а к ж е буквами С, У, Т, Н и цифрами. Кроме того, на чертеж ах ставят вспомогательные знаки (табл. 2.2) и при необходимости даю т на шве полное обозначение, ка к это указан о в табл. 2.3.

Контрольные вопросы 1. Д л я чего производится подготовка (разд елка) кром ок пе­ ред сваркой деталей?

2. Что называют корнем шва и какое значение имеет его про плавление?

3. В каких случаях применяют угловы е и тавровые соедине­ ния?

4. Какой шов называют подеарочным? В каких случаях его выполняют?

5. Какие преимущества и недостатки у стыковых и нахлесточ ны х соединений?

Упражнения /. Требуется сварить две детали из стали толщиной 30 мм;

масса каждой детали 25 кг. К акую подготовку свариваемых кро­ мок следует сделать перед сваркой деталей?

2. Вам поручено соединить нахлесточными ш вами два листа стали толщиной 4 мм Что необходимо сделать перед сваркой у г­ ловы х нахлесточных швов?

3. П осле сварки стыкового ш ва он оказался з д в у х местах вогнутым. Что нужно сделать д л я его исправления ГЛАВА 3. СВАРОЧНАЯ ДУГА И ТРЕБО ВАН И Я К ИСТОЧНИКАМ ЕЁ ПИТАНИЯ 3.1. О бразование и строение сварочной дуги Д у го ва я сварка плавлением основана на использо­ вании тепла электрической дуги, которая представляет собой длительный электрический р азр я д в газе, в ы ­ деляю щ ий значительное количество энергии. С вароч­ ная дуга образуется между электродом и изделием или меж ду двумя электродами, имеющими разность потен­ циалов. При соприкосновении электрода с изделием разогреваю тся и сгорают мелкие выступы между ними, образуя пары металла и ионизированный газ, в кото­ ром при напряжении 20—30 В образуется электриче­ ский разряд. Длительность р азр я д а и образование д у­ ги достигаются отрквом электрода от изделия на р ас­ стояние 2— 5 мм. При высокой разности потенциалов между электродом и изделием (несколько тысяч вольт) при их сближении происходит заж игание ду­ ги. П од действием разности потенциалов, высокой температуры и светового излучения электроны * д ви ­ гаются с большой скоростью, отрываясь первоначаль­ но с поверхности отрицательного электрода (эмиссия электронов). У даряясь об атомы и молекулы газа ис­ паряю щ егося материала, электроны добавляю т или отнимают у них отрицательные заряды, превращ ая в положительные и отрицательные ионы, которые в свою очередь двигаются в дуговом пространстве, усиливая его ионизацию. Таким образом воздух, ко­ торый в обычном состоянии не является проводником электричества, ионизируясь в дуговом пространстве, становится проводником электрического тока, вслед­ ствие чего достигается длительное горение дуги. Д в и ­ жение электронов и ионов в дуговом пространстве происходит при наличии двух полюсов: отрицательно­ го — катода и положительного — анода, которые в и з­ вестной степени упорядочиваю т движение этих частиц, так ка к электроны, имеющие отрицательный заряд, а та к ж е отрицательные ионы, двигаются к полож и­ тельному полюсу, а положительные ионы — к отрица * Электрон — частица вещества, масса которой равна 9,1 - 10— кг, имеет отрицательный зар яд величиной 1,6-10-1в Кл.

3* Рис. 3.1. Схема дуги / — электрод (катод);

2 — катод­ ное пятно;

3 — катодная область* 4 — столб дуги;

5 — анодная об­ ласть;

б — анодное пятно;

7 — из­ делие (анод) тельному. Н а рис. 3.1 показана схема строения дуги постоянного тока. Электрод 1 является катодом, а из­ делие 7 — анодом, и в данном случае играет роль вто­ рого электрода.

В дуговом пространстве разл и чаю т приэлектрод ные области, характеризую щ иеся значительным паде­ нием напряжения, вызванным затратой электрическо потенциала на образование пространственных з а р я ­ д о в — электронов и ионов. Это отрицательная катодная 3 и полож ительная анодная 5 области, между кото­ рыми расположен столб дуги, представляющ ий собой высокотемпературную плазму ионизированного газа.

Н а поверхности катода и анода находятся яркие к а ­ тодные 2 и анодные 6 пятна, через которые проходит сварочный ток. П адение н апряж ения анодной области обозначено на рисунке буквой а, столба дуги — 6 и к а ­ тодной о б л а с т и — в. Их сумма является падением н а­ пряж ения дуги В а и при ручной дуговой сварке п л а в я ­ щимся электродом составляет 16—30 В. Плотность тока наибольш ая в катодном пятне, из которого пер­ воначально отрываются электроны, ионизируют дуго­ вое пространство и бомбардирую т анодную область.

Д у г а переменного тока не имеет выраженной к а ­ тодной и анодной областей, т а к ка к в течение одной секунды происходит многократное изменение н ап р ав ­ ления тока и смена катода на анод и обратно. П а д е ­ ние н апряж ения дуги переменного тока такое же, к а к дуги постоянного тока, и составляет 16—30 В. Устой­ чивость горения и заж игани я дуги переменного тока хуже, чем дуги постоянного тока, т а к как в начале и конце каж дого полупериода прохождения тока дуга угасает, пад ает температура активных пятен, и д л я за« 9 r— S I* Рис. 3 2. Схемы дуг различного действия а — прямого действия, б — косвенного действия, в — комбинированная ж игания дуги вновь требуется повышенное н ап р я ж е­ ние. Д л я улучшения условий горения дуги переменного тока применяют покрытия, способствующие повышен­ ной ионизации. Р азл и чаю т открытые и закрыты е дуги.

Откры тая дуга, горящ ая в воздухе, имеет в своей зоне смесь паров м етал л а и электродного покрытия. Она окруж ена газовым ореолом и д ает яркое световое и з­ лучение, опасное д ля незащищенных глаз. З а к р ы т ая дуга горит под слоем флюса, в ее зоне находятся пары металла и флюса. Д уга, гор ящ ая в среде защитных газов, закры та от проникания воздуха в ее зону. Она та к ж е дает яркое световое излучение, опасное для глаз. Большое значение при ручной дуговой сварке имеет длина дуги. При длинной дуге увеличивается Возможность контакта столба дуги и расплавляемого м е талла с воздухом, который вредно влияет на каче­ ство сварки, увеличивается н апряж ение дуги. В за в и ­ симости от применяемых электродов устанавливаю т длину дуги, которую необходимо выдерж ивать для по­ лучения качественного сварного шва Сварочные дуги раличаю т по принципу работы: дуга прямого действия (рис 3.2, а) горит между электродом и изделием, ее широко применяют при ручной дуговой сварке;

дуга косвенного действия горит между двумя электродами {рис. 3.2, б) и нагревает изделие своим пламенем, д у ­ га комбинированная (рис 3 2, в ) горит между элек­ тродами и изделием, она образуется при сварке трех­ фазны м током.

3.2. Тепловые свойства дуги.

Плавление и перенос металла Н аиболее важ ны м свойством для сварки являю тся тепловые свойства дуги. Температура сварочной дуги очень высокая — около 5500 °С и зависит от диаметра электрода, плотности тока, м атери ал а электродов и со­ става газовой среды. Н а катоде она более низкая, чем на аноде, и максимального значения достигает в стол­ бе дуги. При ручной сварке на постоянном токе р азн и ­ ца температур на катоде и аноде используется для увеличения расплавления электрода или изделия. Теп­ ловые возможности сварочной дуги измеряются ее теп­ ловой мощностью. Полная тепловая мощность дуги Q, количество теплоты в Д ж /с, выделяемое дугой в еди­ ницу времени, может быть в ы раж ен а ка к эквивалент электрических характеристик произведением свароч­ ного тока I g на напряж ение дуги UA О — Iд и я.


. (3.1 ) О д н ако эта мощность используется на нагрев и р а с ­ плавление основного и электродного металла только частично: при сварке покрытыми электродами (0,6— 0,85) Q ;

при сварке в аргоне (0,5— 0,6) Q и при сварке под флюсом (0,80—0,95) Q. Мощность дуги, исполь­ зуем ая на нагрев и расплавление металла, называю т эффективной тепловой мощностью Q3$.

С?эФ = 'П / д ^ д = Q1 ! (3 -2 ) где т) — коэффициент полезного действия дуги, который равен отношению эффективной тепловой мощности дуги к ее полной тепловой мощности:

'П = 2эф/2 Н еиспользуемая на нагрев основного и присадоч­ ного металла часть полной тепловой мощности уходит в атмосферу, на световое излучение, уносится с к а п ­ лями м етал л а при разбрызгивании.

Д л я определения затраты тепла при сварке поль­ зуются понятием погонной энергии сварки, которой назы ваю т количество теплоты, вводимой в металл в процессе сварки в единицу времени, отнесенное к единице длины шва. Погонную энергию сварки qni Д ж /см, определяют по формуле 9п = Q !v.3$ где ь -= скороьть перемещения дуги (скорость сварки), см, Рис. 3.3. Каплеобразный пере­ Рис. 3.4. Размеры проплавления нос металла металла — 1лубина кратера;

а — образование капли, б — ко­ * -г глу­ роткое замыкание и перенос бина проплавления, 6 длина — капли, в — возобновление дуги;

дуги г — образование новой капли Процесс плавления и переноса электродного ме­ та л л а на изделие под воздействием тепла дуги проис­ ходит непрерывно во время ее горения в виде капель и последовательно повторяется в порядке, указанном иа рис. 3.3. К ак видно из рис. 3.3, а и 3.3, б, после об­ разования капли расплавленного м еталла происходит ее сближение с изделием и затем кратковременное ко­ роткое зам ыкание и переход капли на изделие, после чего возобновляется горение дуги (рис. 3.3, в ), и про­ цесс переноса повторяется. В зависимости от поляр­ ности сварочного тока, состава электродного металла и покрытия величина капель меняется от 0,1 до 3 — 4 мм в диаметре. При сварке крупными каплями уве­ личиваются разбры згивание и потери металла, мелко­ капельный перенос обеспечивает стабильность про­ цесса сварки, лучшее использование сварочного м атери ала и лучшее качество. Обычно мелкокапель­ ный перенос достигается при сварке открытыми э л е к ­ тродами, а при механизированной сварке тонкой про­ волокой возможен струйный перенос.

Перенос капель расплавленного металла на и зде­ лие д а ж е в самых неудобных его положениях об ъяс­ няется действием нескольких сил. Сила тяжести спо­ собствует переносу капель при сварке в нижнем* по­ ложении и препятствует при других положениях. Сила поверхностного натяж ения уменьшает величину к а ­ пель, придает им сферическую форму, способствует у держ анию их на конце электрода и переходу в в ан ­ ночку расплавленного металла, удерж ивает от расте О) t) 9 ) « Ml ^_ + ffiu Н I Рис. 3.5. Отклонение дуги под действием электромагнитных сил (а—г) кания и придает капле определенную форму. Перенос капель осуществляется т а к ж е действием Электроди­ намических сил, возникающих вдоль оси электрода, вследствие напряженности, электрического поля зоны электрода и основного металла. Кроме этого, значи­ тельные усилия д ля переноса капель создает газовое дутье в зоне столба дуги, образую щ ееся при испарении металла и электродного покрытия под действием вы­ сокой температуры.

С варочная дуга и расплавленный металл характе* ризуются следующими основными величинами (рис.

3.4): а — глубина кратера — углубления в металле, вызванного давлением дуги (указан стрелкой);

h — глубина проплавления;

b — длина дуги.

3.3. Магнитное дутье и меры борьбы с ним При дуговой сварке происходит отклонение дуги от оси электрода и ее блуж дани е по изделию, что ухудшает качество сварных швов, увеличивает р а з ­ брызгивание и затрудняет процесс сварки. Это явле­ ние вызывается действием электромагнитных сил, возникаю щих при прохождении электрического тока по элементам сварочной цепи при этом основной ме­ тал л и металл электрода ферромагнитны, что способ­ ствует возникновению магнитного поля. Отклонение дуги в поперечном и продольном направлениях от оси электрода под действием электромагнитных сил н а­ зы ваю т магнитным дутьем (рис. 3.5). Н а проявление магнитного дутья, особенно при сварке постоянным током, влияет увеличение сварочного тока до 300 А и более. Оно вызывается т а к ж е неравномерным р а з ­ мещением ферромагнитных масс изделий относитель­ но места подсоединения к ним и прохождения свароч ного то ка (рис. 3.5, а, б ). Д л я устранения или умень­ шения магнитного дутья изменяют места подсоедине­ ния к изделию провода электрического тока так, чтобы уравновесить ферромагнитные массы изделия, распо­ ложенные относительно места подсоединения провода (рис. 3.5, в, г ). Если это невозможно выполнить, при меняют стальную плиту, которую у клады ваю т на из­ делия д ля уравновеш ивания ферромагнитных масс, или используют д ля сварки переменный ток, при ко­ тором магнитное дутье проявляется слабо, 3.4. Статическая вольтамперная характери сти ка сварочной дуги Статической вольтамперной характеристикой с в а ­ рочной дуги назы ваю т зависимость между н ап р яж е­ нием дуги UR и сварочным током / д. Обычно она вы ­ р аж аетс я графически (рис. 3.6). П о графику видно, что в диапазоне сварочных токов от 0 до 80 А по мерё увеличения сварочного тока / д' напряжение дуги 0 Л резко падает. Такую статическую характеристику д у ­ ги назы ваю т падаю щ ей. С дальнейшим увеличением сварочного тока до 800 А напряж ение дуги п рактиче­ ски остается постоянным, такую характеристику н азы ­ ваю т жесткой. При увеличении сварочного тока от 800 А и более напряжение дуги т а к ж е увеличивается, такую характеристику н азы ваю т возрастающей. К ак видно из граф ика, сварочная дуга, имею щ ая п ад аю ­ щую статическую характеристику, мало устойчива, так ка к незначительное изменение тока резко сказы вается на напряжении дуги, что приводит к ее обрыву. Н а ч а ­ ло графика, соответствующее моменту заж и ган и я д у ­ ги, х арактери зует величину напряжения, необходимо­ го д ля ионизации междугового пространства и з а ж и г а ­ ния дуги и равного 50—60 В. В дальнейшем процесс ручной дуговой сварки идет на токах 100—500 А и пе­ реходит в более устойчивую область с жесткой стати­ ческой характеристикой дуги. Изменение напряж ения дуги происходит только в зависимости от ее длины и не зависит от величины сварочного тока. Чем длинее д у ­ га, тем больше ее напряж ение за счет увеличения п а ­ дения н апряж ения столба дуги. Использование ж е ст­ кой характеристики, обеспечивающей наибольшую устойчивость процесса, широко практикуется д ля руч­ ной, механизированной, автоматизированной и авто­ матической сварки. Д л я облегчения возбуж дения д у ­ ги с падаю щ ей характеристикой и стабилизации ее горения на переменном токе применяют включение в сварочную цепь дополнительного стабилизатора (осциллятора).

3.5. Общие сведения об источниках питания сварочной дуги К источникам питания сварочной дуги п ред ъ яв л я­ ются технические требования, связанные со статиче­ ской характеристикой дуги, процессом плавления и переноса м еталла при сварке. Эти источники зн ачитель­ но отличаются от электрических аппаратов, применя­ емых д ля питания током силовых и осветительных ус­ тановок, и имеют следующие отличительные особен­ ности:

сварочные ап п араты д олж ны быть оборудованы устройством д л я регулирования силы сварочного тока, м аксимальное значение которого ограничивается о п ­ ределенной величиной;

ток кратковременного короткого зам ы кания, воз­ никающий в момент касания электродом изделия и при переносе расплавленного металла на изделие, долж ен быть определенной величины, безопасной д ля перегре­ в а ап п ар ата и пережога обмоток и достаточной д ля быстрого разогрева конца электрода, ионизации д у­ гового пространства и возникновения дуги;

напряж ение холостого хода долж но обеспечивать Рис. 3.7. Внешние вольт-амперные характеристики источников питания / — крутопадаю щ ая, Л — пологопадающ ая, / / / — ж есткая, IV — возраста­ ющая быстрое заж игани е дуги, но не создавать опасности пораж ения сварщ ика электрическим током при соблю­ дении работаю щ им правил безопасности;

обычно оно в 1,8—2,5 раза больше рабочего напряж ения дуги и находится в пределах 60—80 В. В правилах устрой­ ства электроустановок указан ы предельные величины нап ряж ени я холостого хода аппаратов ручной дуговой сварки — постоянного тока 100 В (средняя величина), переменного 80 В;

в процессе ручной сварки в зависимости от приме­ няемой марки электродов и мастерства сварщ ика д л и ­ на дуги может меняться в пределах 3— 5 aim и соот­ ветственно будет меняться напряжение дуги, однако при этом лишь незначительно может меняться уста­ новленная сила тока, обеспечивающая требуемый теп­ ловой реж им сварки.

Все указанные требования учитываются внешней вольтамперной характеристикой источника питания, которой назы вается зависимость между величиной сварочного тока и напряж ения на выходных клеммах сварочного аппарата. Р азл и ч аю т несколько типов внешних характеристик (рис. 3.7);

крутопадающ ую I, пологопадающую II, жесткую I I I и возрастающую IV.

Д л я ручной дуговой сварки используют источники пи­ тан и я с крутопадающей характеристикой, которая наиболее отвечает требованиям данного процесса: при изменении длины дуги, неизбежном во время ручной сварки, незначительно изменяется напряжение, а сила тока практически остается постоянной. Н апр яж ен и е холостбго хода достаточно высокое д л я заж игани я дуги в начале работы. Источники с крутопадающ ей характеристикой используют так ж е для сварки в з а ­ щитном газе неплавящ имся электродом и для сварки под флюсом. Источники с другими типами внешних характери сти к используют д л я сварки под флюсом, сварки тонкой проволокой, электрош лаковой сварки и для многопостовых установок.

Кроме указанны х внешних характеристик источ­ ники питания дуги долж ны об ла д а ть хорошими д и н а­ мическими свойствами — долж ны быстро реагировать на перерывы при копотком зам ыкании и восстанавли­ вать горение дуги. Д л я сварочных генераторов Госу­ дарственным стандартом С С С Р установлен д ин ам и ­ ческий п оказатель времени восстановления н ап р яж е­ ния от нуля до рабочего (восстановления дуги) не более 0,3 с.

Источники питания д л я ручной дуговой сварки р а ­ ботают в реж име П Н (продолжительности нагрузки) или П Р (продолжительности р аботы ), что равнознач­ но. При этих реж им ах установленная неизменная на­ грузка (сварочный ток) чередуется с холостым ходом источника, когда в сварочной электрической цепи ток практически отсутствует. П родолжительность работы не д олж на быть настолько длительной, чтобы темпе­ ратура нагрева источника могла достигнуть значения, недопустимого д ля него. Этот реж им определяется отношением времени сварки t C к сумме времени св ар­ B ки и времени холостого хода источника t x,x :

П Н - П Р = 1 0 0 / св/(*св +* *. *) • Величина П Н источников для ручной дуговой сварки обычно равна 6 0 %, продолжительность цик­ ла (^св+^х.х) источников переменного тока — тран с­ ф о р м а т о р о в — 300 с (5 мин), источников постоянного тока 300 и 600 с (5 и 10 мин). З а время tx.% происхо­ дит охлаж дение источника, нагретого во время t C. B Если вместо холостого хода в перерывах происхо­ дит отключение источника питания (п ау за ), то такой режим назы ваю т повторно-кратковременным (П В ).

Он определяется так ж е в процентах ПВ = 1Q 0W (tCB ta), где t п — время паузы, при котором отсутствуют потерн энергии, имеющиеся при холостом ходе ( tx х).

Повторно-кратковременный реж им исрользуют при работе сварочными полуавтоматами. Постоянный р а ­ бочий реж им (ПВ = 10О %) используют д ля установок автоматизированной сварки или д ля автоматов.

Сварочный ток, напряж ение и мощность, при кото­ рых не происходит перегрев источника в максималь­ ном расчетном режиме, назы ваю т номинальными.

При использовании многопостовых источников сва­ рочного тока '(выпрямителей, преобразователей) необ­ ходимо, чтобы они имели жесткую вольтамперную характеристику, а отдельные посты, снабженные б ал ­ ластными реостатами, обеспечивали бы крутопадаю­ щие внешние характеристики каж дого поста и возмож­ ность регулирования реостатом силы сварочного тока.

Сварочным постом назы вают специально оборудован­ ное рабочее место д ля сварки. Однопостовой источник обслуж ивает один пост, многопостовой — несколько постов.

В аж ной характеристикой источников сварочного тока является коэффициент полезного действия rji, который равен отношению полезной мощности источ­ ника Р к его полной потребляемой мощности Р п:

41 = Р /Р П П ол езн ая мощность источника постоянного тока определяется произведением номинального тока на номинальное напряжение Р = Ю.

П отре б л яе м ая мощность Р п — мощность источника при номинальных /, U и Р с учетом потерь на трение и электрическое сопротивление источника, т. е. потерь в самом источнике.

3.6. Определение мощности дуги переменного тока.

Коэффициент мощности П ерем енны м током называют электрический ток, который через равные промежутки времени изменяется гармонически по величине и направлению, что графи­ чески изображ ается волнообразной кривой, построен­ ной по закону синуса или косинуса н характеризующей величину тока и напряж ения в данный момент време­ ни. Н а них видны амплитуды (максимальны е величи­ ны) и периоды изменения тока и напряжения, а т ак ж е частота повторения периодов, принятая в энергетике С С С Р равной 50 Гц, т. е. 50 периодов в секунду. В сва­ рочной цепи вследствие возникновения в ней потоков самоиндукции происходит зап азд ы вани е изменения электрического тока от напряжения, которое х а р а к т е ­ ризуется углом сдвига ф аз и учитывается при опре­ р делении Мощности дуги переменного тока Р = /дС/дСОЗф, где / д и {/д — действительные величины тока и напряжения;

cos ф — коэффициент мощности.

Д л я лучшего использования электроэнергии надо повышать cos и, следовательно, уменьшать сдвиг р фаз. О днако наличие индуктивного сопротивления в сварочной цепи является положительным фактором, способствующим стабилизации дуги и ее восстановле­ нию при изменении полярности тока. Если бы не было индуктивного сопротивления, перерывы горения дуги были бы значительными и стабильность ее горения была бы затруднена. При сдвиге ф аз на угол дуга р горит практически непрерывно, т а к ка к при нулевом значении тока напряж ение сохраняется и дуга быстро восстанавливается. В серийных сварочных тр ан сф ор­ маторах cos ф при холостом ходе равен 0,5—0,65. При определении п о лно й тепловой мощности дуги перем ен­ ного тока в формулы (3.1 и 3.2) вводят коэффициент k, характеризую щ ий величину cos ср:

Q — kInUa;

эф~х\к1л и л.

Контрольные вопросы 1. П очему столб д у ги становится электропроводным в отли­ чие от воздуха?

2. Что такое ионы и как они влияют на работу д уги ?

3. Что называют катодной и анодной областями, катодом и анодом?

4. Н а что тратится полная тепловая мощность дуги?

5. Что называют статической вольтамперной характеристикой сварочной дуги?

6. Что называют внеш ней вольтамперной характеристикой ис­ точника питания дуги?

Упражнения 1 Чему равна мощность сварочного трансформатора в кВт при номинальном токе 300 А, напряж ении 30 В и с о зф = 0,5 5 ?

2. Можно ли использовать сварочный выпрямитель ВКС-300, имеющ ий следую щ ие характеристики: ном инальный ток 300 А, напряж ение ЗОВ, П Р = 6 0 %, д ля автоматической сварки под флю~ сом листовой стали толщиной 20 мм и длиной 2 м при номиналь­ ном режиме?

ГЛАВА 4. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ П ЕРЕМ ЕН Н Ы М ТОКОМ 4.1. Сварочные трансформаторы, принцип их действия С иловы е трансформаторы предназначены д ля пи­ тания током силовых и осветительных установок, они обычно трансформируют (преобразовы вают) ток в ы ­ сокого напряжения, поступающий по линиям электро­ передачи, в ток более низкого рабочего напряж ения (380—220 В ). Это вторичное напряж ение постоянно и не долж но меняться от нагрузки. Р еж и м короткого зам ы кан ия д ля них является аварийным, т а к ка к при этом растет ток до недопустимых пределов, происхо­ д ят перегрев и выход из строя обмоток тран сф орм а­ тора.

В отличие от силовых сварочны е трансформаторы работаю т в реж име меняющихся напряжений и тока и рассчитаны на кратковременные короткие з а м ы к а ­ ния сети.

Д л я сварки переменным током широко применяют однофазные трансформаторы, которые разделяю т си­ ловую и сварочную цепи и понижаю т высокое н ап ря­ жение 380 или 220 В до величины не более 80 В. Внеш^ няя вольтамперная характеристика вторичной цепи этих трансформаторов, т. е. зависимость между вели­ чиной сварочного тока и напряжением, д о л ж н а обе­ спечивать ведение устойчивого сварочного процесса, учитывающего статическую характеристику сварочной дуги.

Н аличие индуктивного сопротивления необходимой расчетной величины обеспечивает в трансф орм аторах стабилизацию дуги и ее восстановление при частом изменении полярности переменного тока.

Сварочные трансформаторы применяются для руч­ ной дуговой сварки штучными электродами и в з а щ и т­ ном газе, а так ж е д ля сварки под флюсом. Внешние вольтамперные характеристики трансформаторов д л я ручной дуговой сварки подразделяю тся на крутопада с Ипя,4 ;

, Р варочны й трансф орм атор Л м агнитны м р ассенва (р а зр е з)" п одви ж н ь|мн обм откам и лпТ.Х0? 0В0Й 8инт;

2 — магнктопро хДовая г^йка;

4 1 И вторичная и первичная обмотки;

о — рукоятка Рис. 4.2. Э лектрические схем ы с в а ­ р очн ы х тр ан сф орм аторов о -Т Д -1 0 2 и ТД-306;

6 — ТД-300 и ТД- ) ющие / и пологопадающие II. Эти трансформаторы работаю т в режиме регулятора сварочного тока, кото­ рый осуществляется путем изменения индуктивного сопротивления обмоток. Трансформаторы, п р ед н а зн а­ ченные д ля питания автоматизированной сварки при постоянной, не зависящ ей от нап ряж ени я дуги скоро­ сти подачи электродной проволоки, имеют жесткую внешнюю характеристику I I I (см. рис. 3.7).

4.2. Устройство однофазных сварочных трансформаторов для ручной сварки К однофазным сварочным трансф орм аторам отно­ сится больш ая группа трансформаторов серии ТД. По Своей электромагнитной схеме это трансформаторы с увеличенным (развитым) магнитным рассеянием и подвижными обмотками (рис. 4.1). Они снабжены механическими регуляторами тока в виде ходового винта, пропущенного через верхнее ярмо стержневого магнитопровода и ходовую гайку обоймы подвижной обмотки. Ходовой винт вращ ается вручную рукояткой и, ввинчиваясь в гайку, передвигает обмотку. С т е р ж ­ невой магнитопровод состоит из набора листовой с т а ­ ли толщиной 0,5 мм высокой магнитной проницаемо­ сти. Д исковы е первичная 5 и вторичная 4 обмотки расположены вдоль стержней. Увеличенное магнитное рассеяние достигается за счет взаимного располож е­ ния обмоток. О дна из обмоток подвижная, другая не­ подвижная. При перемещении обмоток изменяется магнитное поле рассеяния. При увеличении расстоя­ ния увеличивается индуктивное сопротивление р ас сея­ ния, и ток уменьшается, при уменьшении расстояния ум еньш ается индуктивное сопротивление, и ток растет.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.