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:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

«Б. Д. Малышев, В. И. Мельник, И. Г. Гетия РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА Допущено Государственным комитетом СССР по народному образованию в качестве ...»

-- [ Страница 3 ] --

Наиболее важной неисправностью дизельных дви­ гателей может быть их работа в разнос, вызванная пор­ чей регулятора оборотов. В этом случае необходимо немедленно остановить двигатель и исправить регуля­ тор. Если двигатель работает с перебоями и не дает нужной мощности, значит в топливную систему дизе­ ля попал воздух, который необходимо удалить. У бен зиноцого двигателя такая неисправность может быть результатом поступления слишком богатой или слиш­ ком бедной топливной смеси или перебоев в работе ци­ линдров. Д ля устранения неисправности необходимо отрегулировать смесь, промыть свечи зажигания, про* верить зазоры между электродами и пружины клапа­ нов Другие неисправности в работе бензиновых и ди­ зельных двигателей следует устранять в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

7* Контрольные вопросы 1. К а к о во назначение сварочны х агрегат ов? К акие двигатели применяют в них?

2. К а к закреп лены двигатели внут реннего сгорания и ген ера­ торы в сварочны х агрегатах?

3. К акая разница меж ду агрегатом А Д Б -309 и А Д Б -318?

4. К а к ую подготовительную работу необходим о выполнить п еред пуском агрегата А Д Б -311?

5. В процессе сварки от агрегата А Д Д -3 -1 вы заметили, что давл ен и е м асла 0,05 М П а. Что вы долж ны сделать?

ГЛАВА 8. АППАРАТУРА Д Л Я РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ В ЗА Щ И ТН ОМ ГАЗЕ 8.1. Оборудование рабочего места для ручной дуговой сварки в защитном газе Специально оборудованное рабочее место для свар­ ки называется сварочным постом. На рис. 8.1 показа­ ны схемы устройства простейших стационарных сва­ рочных постов для аргонодуговой сварки переменным и постоянным токами. Посты эти укомплектованы сва­ рочным оборудованием общего назначения, в состав которого питания (трансформатор, : источник входят генератор, выпрямитель);

осциллятор или возбуди­ тель;

балластный реостат (для постоянного тока вольт­ метр);

амперметр;

вольтметр, сварочная горелка, ро­ таметр, редуктор-расходомер, баллон с газом. Н а пос­ ту может быть такж е шкаф управления.

Посты для сварки вольфрамовым электродом по­ стоянным током прямой полярности применяют при сварке практически всех металлов, за исключением легкоплавких — алюминия, магния, бериллия и их сплавов. При прямой полярности обеспечиваются луч­ ш ая стабильность дуги, незначительный расход воль­ фрамового электрода и возможность сварки на боль­ шом токе. При обратной полярности ухудшается устойчивость дуги и резко повышается расход воль­ фрама. Если при прямой полярности для электрода диаметром 3 мм можно допустить ток до 200—250 А, то при обратной не более 20—40 А. Эти недостатки ограничили применение обратной полярности при ар­ гонодуговой сварке вольфрамовым электродом. О дна­ ко дуга обратной полярности имеет и положительные Рис. 8.1. Простейшие стационарные посты для аргонодуговэй сварки воль­ фрамовым электродом постоянным током (а) и переменным током (б ) I — источник питания;

2 — осциллятор;

3 — балластный реостат;

4 — ам­ перметр;

5 — вольтметр;

6 — сварочная горелка;

7 — ротаметр;

8 — редук­ тор расходомер;

9 — баллон с газом свойства, так как хорошо очищает поверхность свари­ ваемого металла от оксидов и загрязнений вследствие того, что образующиеся под действием электрического поля дуги положительные тяжелые ионы аргона, дви­ гаясь с большой скоростью от плюса к минусу (от электрода к изделию), бомбардируют поверхность ме­ талла, разрушают и удаляют оксидную пленку и з а ­ грязнения. Это явление называют катодным распыле­ нием.

Посты для сварки переменным током в основном предназначены для сварки легкоплавких металлов — алюминия, магния, бериллия и их сплавов. При пере­ менном токе достигается удаление оксидной пленки, активно образующейся на поверхности этих металлов и имеющей температуру плавления значительно выше температуры плавления металла. Процесс катодного распыления — разрушение и удаление оксидной плен­ ки — происходит в моменты, когда изделие становится катодом. Вследствие мгновенных изменений полярно­ сти тока вольфрамовый электрод не перегревается, его расход практически не увеличивается. Сварка возмож­ на токами значительной величины, что обеспечивает эффективность применения переменного тока для свар­ ки легкоплавких металлов.

Источники питания для сварки неплавящимся элек­ тродом подбирают с крутопадающей характеристикой, которая обеспечивает наибольшую стабильность про­ цесса сварки. Кроме того, у источника должно быть достаточно высокое напряжение холостого хода, пре­ вышающее напряжение дуги в 4—6 раз. В посту для сварки переменным током применяют в качестве ис­ точника питания сварочные трансформаторы. Д ля по­ лучения более высокого напряжения холостого хода иногда соединяют последовательно два трансформа­ тора их вторичными обмотками, однако при этом должны быть приняты дополнительные меры электро безопасности (установка ограничителя напряжения холостого хода и д р.). Ранее выпускались специали­ зированные установки, укомплектованные оборудова­ нием общего типа УДАР-300 и УДАР-500 на токи и 500 А. Они комплектовались серийно выпускаемыми трансформаторами, дросселями, шкафами управления, горелками с водяным охлаждением и газовыми бал­ лонами с редукторами. Трансформатор имел две сту­ пени регулирования сварочного тока;

плавное регули­ рование в пределах каждой ступени достигалось рео­ статом. Д уга возбуждалась с помощью осциллятора;

включение и выключение газа осуществлялось автома­ тически с помощью газового клапана. Осциллятор включался за 2—3 с до возбуждения дуги и выклю­ чался через 6— 10 с после ее зажигания, которое про­ изводилось без касания электродом изделия. Д ля по­ давления постоянной составляющей тока в этих уста­ новках были применены батареи конденсаторов. По­ стоянная составляющая возникает в связи с большим различием величины напряжения и времени горе­ ния дуги на прямой и обратной полярности перемен­ ного тока. Когда катодом является электрод, вслед ЗА \ I н - НА ЭЛЕКТРОДЕ Рис. 8.2. Д иаграм ма, характеризующ ая причину появления постоямий составляющей тока стзие его разогрева увеличивается эмиссия электро­ нов, сопротивление дуги уменьшается и ток растет.

Когда катодом становится изделие из легкоплавкого металла, свойства которого резко отличаются от ме­ талла электрода, эмиссия электронов уменьшается, сопротивление дуги растет и ток уменьшается. Это яв­ ление выпрямления переменного тока графически представлено на рис. 8.2. Как видно из графика, ток в полупериоды при минусе на электроде растет, что при промышленной частоте 50 Гц практически проис­ ходит мгновенно, и разница между величиной тока прямой и обратной полярности становится постоянной составляющей тока, которая нарушает стабильность процесса сварки, увеличивает разбрызгивание и вред­ но влияет на магнитную систему сварочного трансфор­ матора. Применение конденсаторов сглаживает разни­ цу амплитуд прямой и обратной полярности, однако батареи конденсаторов громоздки (масса 15 кг на 100 А тока), поэтому в новых установках они не при­ меняются. В сборных установках для этой цели ис­ пользуют балластные реостаты, которые принимают на себя значительную часть постоянной составляющей.

Однако балластные реостаты не полностью компенси­ руют постоянную составляющую тока, ухудшают ста­ бильность дуги, приводят к бесполезной потере энер гии и требуют подстройки при регулировании тока. Эти недостатки ограничили применение балластных реос­ татов только в сборных установках.

В качестве источников постоянного тока ис?

пользуются преобразователи и выпрямители с кру­ топадающей внешней характеристикой ПСУ-502-2, ВДУ-305, ВДУ-505 и др. Кроме того, используют юз многопостовые источники — выпрямители типа ВДМ, ВДУМ-4Х401 с балластными реостатами, обеспечива­ ющими падающую внешнюю характеристику на каж ­ дом посту. При этом балластные реостаты следует ставить по 2 шт. на пост, соединяя последовательно.

Это вызвано тем, что реостат РБ-300 рассчитан на па­ дение напряжения в 30 В, а при сварке неплавяхцим ся электродом из-за низкого напряжения дуги (12— 16 В) напряжение на балластном реостате значитель­ но превышает это значение.

8.2. Передвижные посты, горелки, газовая аппаратура Д ля монтажных сварочных работ применяют пере­ движные посты, скомпонованные из оборудования и приборов общего назначения, а такж е из специали­ зированных установок. Такими постами являются кон­ тейнеры передвижные монтажные КПМ. В зависимо­ сти от производственной необходимости они могут со­ стоять из одного или нескольких постов в одном контейнере, укомплектованных источниками питания переменного или постоянного тока, балластными реос­ татами, баллонами с инертным газом и прочей аппа­ ратурой, перечисленной выше. Вся аппаратура в КПМ соединена постоянной электропроводкой и газовыми шлангами. Контейнер имеет строповочные петли д,гя погрузки на транспорт и для установки на строитель­ ной площадке вблизи мест сварки, а такж е для пере­ мещения краном по горизонтали и по высоте. Выводы электрокабеля позволяют быстро подсоединить его к распределительному устройству электросети и обес­ печить надежное заземление. В передвижных постах используют источники питания ПСУ-302-2, ВДУ-504-3, ВДУ-305, снабженные колесами. Кроме того, КПМ комплектуются такж е специализированными установ­ ками.

Непосредственным инструментом сварщика яв­ ляется сварочная горелка-электрододержатель.

В табл. 8.1 приведены характеристики горелок для сварки токами различной величины. При сварочном токе до 150—200 А достаточно охлаждения сопла го­ релки воздухом или защитным газом, при большем токе требуется водяное охлаждение. Горелки старой 8.1. Характеристики горелок для ручной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом ГР- ЭЗР- м г-з АР-10- эзсм Показааель ЭЗР-5- 180 Максимальный сварочный ток, А 0,8 ;

1;

1,2;

4, 1,5;

2, 3 1,6;

2, 0,5 ;

1;

1, Д иам етр вольфрамовых элект­ 1,6;

2;

3;

родов, мм Водяное Воздушное О хлаж дение 235x120X 140 — 250X 30X 210X 18X 70 — — Габарит, мм М асса, кг:

0, 0,7 8 — 0, 0,1 8 0, б е з кабельных шлангов 2,9 5 3, 0,9 с кабельными шлангами — — Рис. 8.3. Горелка типа ГР на токи до 400 Л (а, 6) 1 — _опло;

2 — корпус горелки;

3 — колпачок;

4 — кнопочный выключатель;

5 — рукоятка;

5 — провода управления;

7 — электрод конструкции типа АР и др. имели на корпусе газовый вентиль и отдельные трубки для газа и охлаждающе^ 1 )ды, а такж е отдельные кабельные наконечники для, присоединения сварочного кабеля. Горелки нового ти­ па ГР (рис. 8.3) имеют кнопочный выключатель, ко* ю ры м осуществляются пуск и остановка защитного газа с помощью управляемого газового клапана, а так ­ же включение и выключение сварочного тока, поджог дуги через несколько секунд после пуска газа и ее га­ шение после сварки. Эти операции осуществляются через провода управления, подсоединенные к выключа­ телю. Сопло присоединено к корпусу горелки, в кото­ ром находится цанга, удерживающая электрод. Колпа­ чок снимается для замены цанги с новым электродом.

В рукоятке проходят трубки газа и охлаждающей во­ ды, провод управления и сварочного тока. Сварочный кабель и токоподвод горелки охлаждаются циркули­ рующей водой. Газоэлектрический клапан открывает­ ся и закрывается выключателем горелки дистанцион-»

но. Он срабатывает при включении тока, но имеет реле времени, поэтому за 2—3 с после включения тока газ поступает в сопло горелки, а при окончании сварки и включении тока газ продолжает поступать на осты­ вающий шов в течение 6— 10 с, что необходимо для лучшей защиты сварочного соединения. В малых го­ релках на ток до 200 А водяного охлаждения не тре­ буется.

Н а рис. 8.4 показан газоэлектрический клапан. Он состоит из корпуса, к которому прикреплены входной и выходной штуцеры для газа, кожух, катушки, сер­ дечник с пружиной и резиновой прокладкой, служ а­ щей для перекрытия поступления газа в камеру. Кор­ пус и кожух выполнены из немагнитной стали. При включении тока управления электромагнитные силы, возникающие в катушке, втягивают сердечник, и газ поступает к горелке. При выключении тока сердечник под действием пружины опускается и перекрывает по­ ступление газа в камеру и горелку. Клапан работает совместно с реле времени, которое обеспечивает необ­ ходимые паузы перед включением тока и выключени­ ем газа.

Д л я снижения давления защитного газа при свар­ ке на баллоне установлен редуктор-расходомер. В на­ стоящее время промышленностью выпускаются редук­ торы АР-40, А Р -150 и др. Двухступенчатый редуктор АР-40 фиксирует давление в баллоне, давление пос­ ле первой ступени и рабочее давление по манометру расходомеру, который фиксирует такж е расход газа, л/мин. При отсутствии редуктор а-расходомер а следу­ ет применять обычный кислородный баллонный редук­ тор Д К Д -8, а для регулирования расхода газа — рота­ метр РС-3, ИРКС-12 и др.

Схемы работы однокамер­ ного редуктора показаны на рис. 8.5. На рис. 8.5, а показана схема однокамерного редуктора, который под­ соединяется к баллону накидной гайкой. При откры­ тии вентиля баллона газ под высоким давлением по­ падает в камеру 8, давление в баллоне показывает манометр 7. Нажимом регулировочного винта на пру­ жину 2 (рис. 8.5, б) достигается отжатие мембраны и клапана 5, в результате чего между клапаном и сед­ лом образуется зазор, куда устремится газ камеры в камеру 4. Давление в этой камере регулируется вин­ том и фиксируется манометром 11. Если поступление газа через клапан будет больше чем его отбор через штуцер, то давление газа в камере 4 будет расти, ото­ жмет мембрану и закроет клапан, При большем от 10/ Рис. 8.5, Схемы работы однокамерного газово­ го редуктора I — регулировочный винт;

2, 9 — пружины;

$ мембрана;

4, 8 — камеры;

5, 10 — клапаны;

S —• газ;

7, I I — манометры;

12 — штуцер Рис. 8.8. Расходомср-ротамегр газа I — стеклянная трубка;

2 — к о к у к;

3 — поплавок боре газа через штуцер давление газа в камере уменьшится, клапан приоткроется и уравновесит об­ щее давление двух пружин 2 и 9, а также газа в ка ­ мерах 4 и 6. Таким образом достигается автоматиче­ ская работа газового редуктора, поддерживающего постоянное давление отбираемого для работы газа.

В редукторе устанавливаются два фильтра на входе и выходе. На корпусе редуктора имеется предохрани­ тельный клапан 10. Двухкамерные редукторы обес­ печивают двухступенчатое снижение давления газч, а также более постоянное рабочее давление и расход газа. На рис. 8.6 показан расходомер-ротаметр поплав­ кового типа. Он состоит из стеклянной конусной труб­ ки, заключенной в металлический кожух со шкалой.

В трубке помещен поплавок, по движению которого под действием потока газа устанавливают его расход.

Показания шкалы ротаметра корректируют в соответ­ ствии с переводными таблицами.

8.3. Специализированные установки для сварки вольфрамовым электродом в защитном газе Д л я сварки на постоянном токе прямой и обратной полярности в настоящее время используют специали­ зированную установку УПС-301У4. Эта установка предназначена для аргонодуговой и плазменной свар­ ки. Она состоит из сварочного выпрямителя ВДУ- с тиристорным регулированием сварочного тока, воз­ будителя дуги УПД-1 или ВИС-501, обеспечивающе тб поджигание и стабилизацию дуги;

газовой аппара­ туры (редуктор-расходомер или редуктор и ротаметр) и горелок для аргонодуговой и плазменной сварки.

Установка обеспечивает плавное нарастание свароч­ ного тока после возбуждения дуги или плавное умень­ шение сварочного тока при заварке кратера, а также работу на непрерывном импульсном режиме или то­ чечном режиме с циклом сварки до 10 с. Установка для импульсных и точечных режимов снабжена газо­ вым клапаном, работающим (подающим защитный Газ) по заданному временному циклу.

Д л я сварки постоянным током в цеховых условиях от шинопроводов многопостовых источников исполь­ зуют установку УДГ-201. Установка состоит из пере­ косного транзисторного регулятора тока с почти вер­ тикальной внешней характеристикой. Она обеспечива­ ет зажигание дуги замыканием электрода на изделие на малом токе, что предохраняет от попадания воль­ фрама в шов, обеспечивает работу пульсирующей ду­ гой. Установка снабжена устройством для плавного нарастания тока в начале и плавного снижения в кон­ це сварки и горелкой, не требующей водяного охлаж ­ дения.

Д ля сварки переменным током неплавящимся (вольфрамовым) электродом для аргонодуговой свар­ ки легкоплавких металлов и их сплавов предназначе­ ны установки УДГ-301 и УДГ-501. Установки комп­ лектуются горелками серии ГР. Источник питания установок типа УДГ имеет две ступени регулирования овчрочного тока, ступень малых токов при последова­ тельном соединении секций обмоток трансформатора н ступень больших токов при их параллельном со­ единении. Плавная регулировка тока на каждой сту­ пени осуществляется подмагничиванием шунта.

На базе установок УДГ-301 промышленность выпу­ скает установку УДГУ-301 для сварки на постоянном и переменном токе.

8.4. Возбудители постоянного тока с импульсным питанием Возбудители непрерывного действия (осциллято­ ры) имеют несколько недостатков: высокое напряже­ ние промышленной частоты, опасное для сварщика, высокую стоимость и др. В связи с этим использует­ ся возбудитель дуги с импульсным питанием ВИР- (рис. 8.7). Он питается от цепи дуги постоянного тока через предохранитель Пр. Разрядник ФВ, конденса­ тор Сг и дроссель Ьф образуют генератор высокой час­ тоты. Резисторы R ь # 2, конденсатор Q и диодный ти­ ристор VS1 (специальный диод, действующий как сверхбыстрый переключатель) образуют релаксатор (генератор), вырабатывающий негармонические ко­ лебания-импульсы в результате высвобождения энер­ гии, запасенной от источника постоянного тока в кон­ денсаторе или в индукционной катушке, при срабаты­ вании которого конденсатор С разряжается через управляющую цепь тиристора VS2, при этом тиристор открывается и разряжает через первичную обмотку импульсного трансформатора Т1 накопительный кон­ денсатор Сн. Этот конденсатор был заряжен через дроссель L и диод УД. Предохранитель Пр и диод УД образуют защиту источника от высокого напряжения импульса. Конденсатор Сф и дроссель Ьф образуют фильтр высоких частот, уменьшающий радиопомехи.

Таким образом импульс высокого напряжения и час­ тоты, зажигающий дугу, создается путем разряда ем­ костного накопителя С„ через импульсный трансфор­ матор, который работает в кратковременном режиме.

Возбудитель питается током напряжением 180—300 В от источника питания дуги и, как видно из схемы, под­ соединен к источнику последовательно. Важнейшими показателями возбудителей являются выходное на­ пряжение, ток возбуждаемой дуги и энергии импуль­ са. По этим показателям возбудители различаются в зависимости от назначения. Д л я аргонодуговон сварки достаточны напряжение 3—4 кВ и энергия им­ пульса 0,2—0,3 Д ж. Д ля воздушно-плазменной резки нужны напряжение 10 — 20 кВ и Энергия импульса 0,2— 1 Д ж. Возбудитель ВИР-101, предназначенный для плазменной резки, удовлетворяет этим требова­ ниям.

Возбудитель ВМС-501, предназначенный для плаз­ менной сварки по электрической схеме, похож на ВИР-101, но питается от источника постоянного тока напряжением 60—90 В. При этом выходное напряже­ ние его составляет 3 кВ, а ток возбуждаемой дуги до 500 А. Технические характеристики приборов, входя­ щих в его схему, несколько ниже, чем у ВИР-101.

Промышленностью выпускается возбудитель УПД-1 для последовательного включения. Он генери­ рует импульсы с частотой 100 Гц и на стороне высо­ кого напряжения не имеет разрядника. Возбуждение контура происходит у него методом ударного возбуж­ дения, что значительно уменьшает помехи, создавае­ мые разрядником. Возбудитель УПД-1 выпускается для сварки и для плазменной резки.

По конструктивному исполнению описанные выше возбудители, так же как осцилляторы, представляют собой переносные приборы, подсоединяемые к источ­ никам тока по необходимости. Выпускаются также встраиваемые возбудители, приспособленные к источ Рис. 8.7. Схема возбудителя дуги ВИР- никам определенного типа, и универсальные возбуди­ тели, предназначенные как для переноски, так и для размещения внутри шкафов технологических устано­ вок. Они выполняются отдельными блоками по 1—3 шт.

Контрольные вопросы • /. М ож но ли использовать уст ановку У Д А Р -3 0 0 д л я м а р к и вы соколегированн ой стали на постоянном токе?

2. К акие об о р уд о ва н и е и аппаратура входят в состав стацио­ нарн ого поста д л я сварки алюминия?

3. Д л я чего служит К П М ?

4. К ак ого типа го р ел к у необходим о использовать д л я сварки вы сокопрочной стали на токе 250 А?

5. И з каких основны х составных частей состоит установка У Д Г-501?

6. Чем отличается соврем енная горел ка Г Р -4 от ранее прим е­ нявш ихся го р е л о к типа А Р ?

7. П очем у дл я сварки алюминия и его сплавов применяют пере ценный ток?

ГЛ АВА». ОСНОВЫ СВАРКИ СТАЛИ 9.1. Особенности металлургических процессов при сварке стали плавлением Дуговая сварка плавлением является своеобразным маталлургическим процессом, протекающим в' совер­ шенно необычных для металлургии условиях, в не­ большом объеме сварочной ванны и в течение корот­ кого времени. Объем сварочной ванны естественного формирования (рис. 9.1) определяется ее размерами.

112.

Ряс. 9.1. Сварочная ванна Длину ванны А можно определить по формуле А = Р / д ( / я где Р — коэффициент, определяемый опытным путем;

для ручной сварки плавящимся электродом Р = ( 1,7—2,3) 10— мм/Вт;

/ д — а сварочный ток, A;

UA — напряжение дуги, В.

Задавшись величиной сварочного тока / д= 3 0 0 А, напряжением дуги /д= 3 0 В, можно определить дли­ ну ванны;

она будет равна 15,3—20,7 мм. Практически длина ванны колеблется от 15 до 25 мм, что примерно соответствует расчету. Ширина ванны Б обычно рав­ на 2—4 диаметрам электрода. Д ля наиболее ходовых электродов диаметром-4 мм длина ванны равна 8— 12 мм, а диаметром 5 мм — 10—20 мм. Глубина про­ плавления h не превышает 2—4 мм. Таким образом, ориентировочный объем сварочной ванны 0,2—0,5 см*, а масса 1,5—4 г. Среднее время существования ванны составляет всего 15 с, после чего металл затвердевает и кристаллизуется. Маленький объем ванны и интен­ сивный отвод тепла в основной металл предопределяет большую скорость затвердевания расплавленного ме­ талла. Как видно из рис. 9.1, наибольшая температу­ ра в переднем участке ванны, а на периферии задней части она равна температуре плавления стали Т,1Л.

В передней части ванны происходит плавление метал­ ла и совершаются интенсивные реакции элементов ме­ талла, газовой и шлаковой среды. В задней части, на­ чиная с периферийных участков, прилегающих к ос 8 -5 4 8 новному металлу, происходят затвердевание и кристаллизация металла ванны. Металл сварочного шва и прилегающего к нему изделия в процессе свар­ ки претерпевает нагрев и охлаждение, т. е. термиче­ скую обработку. Эти изменения температуры в к а ж ­ дой точке сварного соединения называют термиче­ ским циклом.

Таким образом, сварной шов образуется в резуль­ тате сложного металлургического процесса, характе­ ризующегося высокой температурой;

небольшим объ­ емом расплавленного металла электрода и металла изделия, перемешанных между собой в результате расплавления;

коротким временем процесса;

быстрым отводом тепла в прилегающий металл изделия и атмо­ сферу;

интенсивным воздействием металла, шлака и газа при высокой температуре.

Температура расплавленного железа в районе анодного (или катодного) пятна достигает температу­ ры кипения 2200—2300 °С. При высокой температуре происходит диссоциация (разъединение, распад) не­ которой части молекулярных газов на атомарные, ко­ торая сопровождается поглощением тепла:

20 — Qi, N2^ 2 N - Q 2;

H2^ 2 H - Q 3.

Атомарный кислород и азот активно вступают в ре­ акции с металлом (железом, марганцем и др.) и час­ тично остаются в шве. Атомарный водород легко рас­ творяется в жидкой стали и при ее затвердевании час­ то не успевает выделиться.

При высокой температуре происходят выгорание и испарение некоторых элементов из стали и шлака.

Большая скорость подачи тепла сварочной дугой и его отвода в основной металл и в атмосферу влияет на характер кристаллизации ванны. В отличие от ос­ новного металла шов имеет структуру литой стали. По химическому составу он может отличаться от основ­ ного металла, так как образуется в результате пере­ мешивания основного и электродного металла и под влиянием реакций, происходящих между металлом, газом и шлаком в процессе сварки. Термический цикл, который претерпевает сварное соединение, оказывает существенное влияние на структуру шва и прилегаю­ щие к нему зоны основного металла.

9.2. Взаимодействие расплавляемого при сварке металла с газами Кислород — наиболее активный после фтора газ.

Он поступает в зону сварки из воздуха, из электрод­ ных покрытий и из расплавляемого металла, покрыто­ го даже незначительной ржавчиной. При высокой тем­ пературе дуги кислород почти полностью диссоцииру­ ет на атомы и интенсивно окисляет расплавленный металл, соединяясь с железом и другими элементами, входящими в состав стали. Из трех оксидов, которые образуются в результате окисления железа: FeO — закиси, Рез04 — закиси-окиси и Fe20 3 — окиси — наи­ более опасной оказывается FeO, которая растворяется в расплавленном металле и поэтому влияет на его свойства. При температуре 2300 °С растворимость со­ ставляет 8,5 %, при температуре 1520 °С она снижа­ ется до 0,83 %, что составляет 0,18 % чистого кисло­ рода в стали. При сварке электродами, не покрытыми защитной обмазкой, в металле затвердевшего шва остается 0,2—0,7 Ог- Наряду с железом кислород окис­ ляет полезные примеси, находящиеся в стали (марга­ нец, кремний, углерод и другие):

Мп + О МпО;

Si + 20 - SiOa;

С + О -СО.

Это окисление может происходить также путем вза­ имодействия FeO с указанными элементами, напри­ мер, по формуле FeO + Мп - МпО -- Fe.

Окисление стали кислородом сильно ухудшает ее механические (рис. 9.2) и технологические свойства (ковкость, коррозионную стойкость и т. п.), и поэтому кислород является вредной примесью.

Азот поступает в расплавляемый при сварке металл из окружающего воздуха. Он растворяется в металле, рбразуя химические соединения — нитриды железа (Fe2N и Fe,j). Нитриды железа образуются при быст­ ром охлаждении ванны и остаются в шве. Могут об­ разовываться нитриды других металлов, входящих в состав стали, марганца, титана и пр.

Азот может растворяться в железе при высокой 8* 6 ь6 и мх НСИ^ж^п" {г % ftf,J 6д,г,M ? lkt хщ&г/сн е?

50 кси 25 -m SO Л т W io •m в/ SO ft 30 - ч 1 10 m itO 20 - № рт s -m го 10 - т -й P L о 0J05 0,10 ф н2% BjSS 0,10 0,15 7„ Рис. 9.2. Влияние кислорода на ме- Рис. 9.3. Влияние азота на механи­ ха^йческие свойства стали ческие свойства стали температуре и без образования нитридов, что вызыва­ ет появление газовых пор в сварном шве. Азот суще­ ственно влияет на свойства металла шва (рис. 9.3), увеличивая его прочность, но уменьшая пластичность р ударную вязкость. Способность азота повышать т]роч%обть и влиять на повышение устойчивости аусте нита используется иногда в высоколегированных ста­ лях аустенитного класса, где его применяют в качестве легирующей добавки. Но при сварке всех других ста­ лей азот является вредной примесью, так как, кроме ухудшения ударной вязкости KCU (КС — ударная вязкость, U — форма надреза образца для испытания) я 65, он вызывает склонность металла к старению, к хладноломкости и синеломкости, увеличивает спо­ собность к закалке, понижает магнитную проницае­ мость и т. п.

Водород, так же как кислород и азот, растворя­ ется в расплавляемом при сварке металле. Ой попада­ ет в металл из воздуха, содержащего пары воды, из влаги покрытия электродов;

из ржавчины, находящей­ ся на поверхности металла изделия и электродов. При высокой температуре влага превращается в пар и дис­ социируется с поглощением тепла Q:

2Н2 -* 2Н2+ 0 2 — Q;

2НаО -* 20Н + Н2— Q.

Водород содержится также в электродных покры­ тиях, в таких, как крахмал, целлюлоза и др., а также в самом металле. В небольших количествах он рас­ 1: творим в металле даже при комнатной температуре, однако с повышением температуры его растворимость растет и при переходе металла из твердого состояния в жидкое увличивается с 0,0007 (8 см3 на 100 г ме­ талла) до 0,0025 % (28 см3 на 100 г).

Во время сварки при наличии значительного коли­ чества водорода во влаге или в покрытии электродов увеличивается разбрызгивание, так как с понижением температуры растворенный в ванне водород бурно вы­ деляется из металла, выызвая его кипение и разбрыз­ гивание. С началом кристаллизации ванны раствори­ мость водорода резко падает, атомарный водород вы­ деляется по реакции 2 H ^ H 3 + Q, образуя молекулярный водород, который нерастворим в стали и уходит в шлак или атмосферу. Однако ско­ рость кристаллизации может препятствовать удалению всего водорода, и часть его остается в шве в виде на­ ружных и внутренних пор. Процесс выделения водо­ рода из металла происходит и при комнатной темпе­ ратуре в атмосферу и в микроскопические полости, имеющиеся внутри металла. В результате образуются внутренние поры, в которых накапливается водород, создавая большое давление, что часто приводит к об­ разованию микротрещин и, следовательно, к ухудше­ нию прочностных характеристик наплавленного метал­ ла, особенно пластичности и ударной вязкости. При изломе такого металла в нем обнаруживаются так на* зываемые «рыбьи глаза» в виде светлых пятен не большого диаметра с маленькой полостью (порой) в середине. Наличие «рыбьих глаз» в изломе металла всегда свидетельствует о насыщении его водородом.

Д л я удаления водорода иногда прибегают к выдержи­ ванию сварных конструкций при комнатной темпера­ туре. Выдержка при температуре 250—300 °С ускоря­ ет процесс выделения водорода. Водород является вредной примесью в стали, и при сварке следует из­ бегать попадания влаги в шов, тщательно очищать по­ верхность металла от ржавчины и влаги и применять электроды с хорошо прокаленным покрытием.

Некоторую отрицательную роль при сварке играет окись углерода СО. Она нерастворима в стали и, на­ ходясь в газовой среде, окружающей дугу, защищает расплавленный металл от воздуха. При образовании СО в самом металле по реакции FeO + С -СО + Fe она действует как раскислитель металла, удаляющий кислород и восстанавливающий Fe из FeO, что сопро­ вождается кипением ванны при сварке. Если не хва­ тает других раскислителей, то СО может оказаться причиной пористости шва и ухудшения качества стали.

При сварке незащищенной дугой расплавляемый металл свободно контактирует с окружающим возду­ хом и насыщается кислородом и азотом, вследствие чего металл шва обладает низким качеством. Предел его прочности равен 34—38 М Па (для низкоуглероди­ удлинение — 3—8 % стой стали), относительное и ударная вязкость K C U = 5 — 15 Д ж /см 2. Поэтому сварку незащищенной дугой не применяют, а для з а ­ щиты расплавляемого металла от воздуха и для улуч­ шения качества, а также технологических свойств про­ цесса сварки электроды покрывают специальной об­ мазкой. Кроме того, применяют защитные газы: аргон, гелий и др.

9.3. Назначение и характеристика шлаков, образующихся при сварке Покрытие электродов, а также флюс, применяемый при автоматизированной сварке, плавятся при рас­ плавлении металла, покрывая шлаком сварочную ван­ ну и капли металла электрода, переходящие в шов, образуя шлаковую защиту. Количество шлака зависит от массы и состава покрытия электрода. Отношение массы покрытия т п к массе покрытой части стержня электрода т п.С должно быть не менее 0,3 (в среднем Т от 0,25 до 0,35) К и = тп/тп ст, где Кп — коэффициент массы покрытия.

Выполняя свою основную функцию по защите рас­ плавленного металла, шлак должен также удовлетво­ рять следующим требованиям: активно проводить металлургическую обработку металла;

улучшать тепло­ вой режим сварки путем снижения скорости охлажде­ ния сварного соединения;

обеспечивать правильное формирование сварного шва;

обеспечивать устойчивый Рис. 9.4 Кривые вязкости свароч­ ных шлаков коротких (а), длинных (б) процесс сварки и стабильное горение дуги: при необ­ ходимости обеспечивать выполнение сварных швов в различных пространственных положениях;

обладать Жидкотекучестью, газопроницаемостью для обеспече­ ния выделения из металла газов и включений;

хоро­ шо отделяться от металла шва при затвердевании.

Плавление электродного покрытия, как правило, долж­ но происходить при температуре несколько ниже тем­ пературы плавления металла, что обеспечит своевре­ менное покрытие шлаком сварной ванны. В состав шлака входят кислотные (S i0 2, T i0 2, Р 2О5 и др.) и ос­ новные оксиды (FeO, MnO, NiO, ЫагОз и др.), по ко­ личеству которых и их отношению шлаки бывают кис­ лыми и основными. Большое значение для сварки, осо­ бенно вертикальных и потолочных швов, имеет температурный интервал перехода шлака из жидкого в твердое состояние. Этот интервал должен быть ко­ ротким (рис. 9.4, кривая а ), так как быстротвердею щий шлак хорошо удерживает жидкий металл от сте­ н а н и я — такие шлаки называют короткими;

длинные шлаки (рис. 9.4, кривая б) менее пригодны для свар­ ки. Д ля лучшего удаления после сварки шлак должен хорошо раскислять металл и иметь отличный от ме­ талла коэффициент термического расширения.

9.4. Взаимодействие металла со шлаком и газами Распавляемое при сварке электродное покрытие кроме шлака выделяет газы, осуществляя, таким об­ разом, газошлаковую защиту металла. В зависимости от состава покрытия или флюса может выделяться зна­ чительное количество газа и меньшее крдичество ш ла­ ка, или наоборот. В первом случае покрытие называют газозашитным, а во втором — шлакозащитным. Обыч­ но применяют смешанную защиту. Металлургическая обработка металла выделяющимися при сварке ш ла­ ком и газами заключается в процессах раскисления, легирования и рафинирования металла шва.

Раскисление — это освобождение стали от кисло­ рода, попадающего в ванну из воздуха, покрытий и других источников. В процессе сварки происходит осаждающее раскисление, при котором удаление кис­ лорода из расплавляемого металла капли или ванны осуществляется реакциями с другими элементами, бо­ лее активно взаимодействующими с кислородом, чем железо. Удаление кислорода происходит путем восста­ новления железа из оксида FeO по реакциям:

FeO + Мп = MnO + Fe;

2FeO + S i = S i0 2 + 2F;

FeO + С — СО -f- F.

При этом MnO и S i 0 2 переходят в шлак, а СО — в атмосферу. Процесс идет беспрерывно: окисление Fe идет в передней части ванны, где температура бо­ лее высокая, а восстановление железа из оксида — в задней части, где температура более низкая. Н аря­ ду с осаждающим раскислением происходит процесс диффузионного раскисления путем реакции между оксидом железа и другими оксидами FeO + S i0 2 FeO-SiOa.

FeO, таким образом, связывается в стойкий сили­ кат, который переходит в шлак. При большом содер­ жании в шлаке силиката кремния реакция может пой­ ти в обратную сторону, и металл будет окисляться, растворяя FeO. Поэтому содержание БЮг в шлаке должно быть в количестве, необходимом для диффу­ зионного раскисления. Следует иметь в виду, что БЮг делает щлак «длинным», малоподвижным и ухудшает его газопроницаемость. При необходимости добавля­ ют в покрытие другие материалы, повышающие жид котекучесть шлака. Из приведенных выше химических реакций видно, что раскисление металла при сварке осуществляется при введении в покрытие химических элементов-раскислителей: Mn, Si, Al, Т и др. в виде порошка или ферросплавов (сплавов с железом), а также при увеличении содержания этих элементов в электродных стержнях.

Легирование металла шва различными полезны­ ми примесями для улучшения его качества осуществ­ ляется путем введения полезных элементов в электрод­ ные стержни или проволоку, а также в состав электрод­ ного покрытия. Такие элементы, как кобальт, никель и др., полностью усваиваются наплавленным метал­ лом. Элементы Мп и Si, участвующие в раскислении, при их достаточной концентрации в шлаке в элек­ тродном металле также частично усваиваются, пере­ ходя в сварной шов.

Рафинирование металла шва заключается в осво­ бождении его от вредных примесей, главным образом от серы и фосфора, которые попадают в ванну из ос­ новного металла, электродного стержня и покрытия, проволоки и флюса. Сера может остаться в шве в виде сульфида железа FeS, располагаясь между кристалла­ ми стали. Это приводит к появлению горячих трещин в стали (см. § 9.7). Фосфор, находясь в шве в виде фосфидов РезР и-РегР, снижает его ударную вязКбсть, особенно при низкой температуре, поэтому удаление из шва серы и фосфора необходимо. Это осуществля­ ется путем связывания серы и фосфора в химические соединения, не растворимые в стали и удаляемые в шлак, по реакциям:

FeS + Мп = MnS -J- Fe;

FeS + CaO = FeO + CaS;

2Fe3P + 5FeO = P aOe + 9Fe;

3CaO -j- P A = Ca3P20 g.

При этом MnS, CaS и Ca3P 20 8 переходит в шлак.

Следует контролировать состав применяемых для увар­ ки материалов (металла, покрытия, флюса) и не до­ пускать содержания в них серы и фосфора выше норм, установленных стандартами. Металл шва, выполнен­ ного электродами с защитным покрытием нли сваркой под флюсом, обладает высоким качеством. Если в мар­ теновской кипящей стали кислорода содержится 0,01—0,02 и азота 0,001—0,008 %, а в металле, наплав­ ленном незащищенной дугой, соответственно 0,2$—0, и 0,12—0,18 %, то в металле, наплавленном защищен­ ной дугой электродами УОНИИ-13/45, кислорода со­ держится не более 0,02—0,03 и азота 0,02—0,05 %;

при сварке под флюсом их содержится еще меньше.

Показатели механических и других свойств наплав­ ленного металла обычно выше показателей основною металла, поэтому сварное стыковое соединение, как правило, равнопрочно основному металлу. При сварке неплавящимся вольфрамовым электродом в инертном газе (аргоне или гелии) металлургический процесс протекает без участия элементов, поступающих из воз­ духа или из электродного покрытия. Возможно только взаимодействие с оксидом железа FeO, находящимся в стали и в присадочной проволоке, а также с водоро дом, растворенным в стали или находящимся на ее по верхности в виде влаги и ржавчины. При взаимодей­ ствии FeO с углеродом образуется СО, который вызы­ вает пористость. Этому способствует водород, его растворимость в ванне повышается с уменьшением ее раскисленности (отсутствие раскисляющих элементов Мп, Si и др.). При кристаллизации водород не успе­ вает выделиться, образуя поры. Д ля борьбы с порис­ тостью при аргонодуговой сварке вводят в ванну при­ садочную проволоку с увеличенным колччеством эле­ ментов раскислителей. Применяют также смеси газов, добавляя в состав аргона 10— 15 % углекислого газа или 5 % кислорода. Эти добавки бурно окисляют уг­ лерод, вызывая кипение ванны, в результате чего пу­ зырьками газа выносится СО и Н2 в атмосферу. Кроме того, кислород уменьшает поверхностное натяжение капель металла, перенос их становится мелкокапель­ ным или даж е струйным, что наряду с уменьшением содержания водорода способствует лучшему формиро­ ванию шва. Кислород также соединяется с водородом, образуя не растворимые в стали соединения, уходящие в шлак.

9.5. Структура сварных соединений Кристаллизация сварного шва протекает в харак­ терных условиях, изложенных в § 9.1;

средняя ско­ рость кристаллизации равна скорости сварки. Про­ цесс первичной кристаллизации начинается после про­ движения дуги вдоль шва и прекращения ее действия на данный участок сварочной ванры. Жидкий метапл кристаллизуется в направлении, обратном отводу теп­ ла з основной металл, т. е. от стенок ванны к центру (рис. 9.5, а ). По границам расплавления образуются общие кристаллиты основного и царлавленного метал Рис. 9.5. Схемы кристаллизации м еталла шва а — образование первичной структуры;

6 — вытеснение образующимися столбчатыми кристаллитами пузырьков газа, в — волнообразная структура ш ва, е — зоны лнквации в узких и широких ш вах, / — кристаллиты основ ного м еталла, 2 — кристаллиты ш ва, 3 — образующиеся столбчатые крис­ таллиты ;

4 — пузырьки газа;

5 — ликвационная зоиа в узких швах, 6 — ликвационная зона в широких швах Рис. 9 6. Микроструктура зоны термического влияния / — участок твердожидкого сос­ тояния;

2 — участок перегрева;

3 — участок перекристаллизации (нормализации), 4 — участок неполной перекристаллизации»

5 — участок старения при ре­ кристаллизации, б — часток синеломкости ла, что обеспечивает их сплошность и прочностную связь. Д л я сварного шва, как и для литого металла, ха­ рактерна склонность к образованию столбчатой струк­ туры. Рост столбчатых кристаллитов способствует вы­ теснению шлаковых и газовых включений (рис. 9.5, б).

Первичная кристаллизация шва протекает так же, как в слитках и отливках, периодически волнообразно, что видно на рис. 9.5, в. В швах, особенно однопроходных, возможно образование зоны ликвации т. е. неравно­ мерное расположение элементов н вредных примесей (рис. 9.5, г). Она ослабляет узкие швы, так как зона ликвации у них находится в центре шва. Менее опасна ликвация в широких швах, имеющих ширину более глубины в 1,5 и более раза, так как у них зона ликва­ ции расположена в верхней части. Первичная крис­ таллизация протекает быстро в связи с интенсивным охлаждением расплавленного металла и заканчивает­ ся для низкоуглеродистой стали с понижением темпе­ ратуры от момента начала кристаллизации всего па 20—30 °С. Это соответствует температуре 1510— 1480°С. После окончания первичной кристаллизации металл приобретает аустенитную структуру в пределах первичных столбчатых кристаллитов. При дальнейшем понижении температуры структурные изменения в ста­ ли не наблюдаются (для низкоуглеродистой стали) до 850—900 °С, после чего начинаются последующие структурные изменения, называемые вторичной крис­ таллизацией. В металле шва и прилегающем к нему основном металле они проходят также в небольшом температурном интервале, начиная примерно с 850— 900 °С до 723° С, после чего сталь приобретает посто­ янную микроструктуру (исследованную под микроско­ пом). Металл шва, осбенно многослойного, характерен мелкозернистой структурой и равномерным рас­ пределением зерен феррита (Fe, содержащего не бо­ лее 0,07 % С) и перлита (раствор карбида железа в Fe). Прилегающий к шву участок основного метал­ ла, не подвергавшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке или наплавке, называют зоной термическо­ го влияния при сварке. Эта зона имеет несколько участков с различной структурой и свойствами (рис.

9.6):

участок зоны, сплавления ( 1);

здесьпроисходит сварка — формирование кристаллитов, соединение ос­ новного металла и металла ванны;

свойства этой зоны сплавления часто определяют качество сварного со­ единения;

участок перегрева (2), подвергавшийся нагреву до температуры 1100— 1400°С, имеет крупнозернис­ тую структуру и при повышенной погонной энергии в стали с увеличенным содержанием углерода может стать причиной низкой пластичности и вязкости сар ного соединения;

участок перекристаллизации (нормализации) (5), подвергавшийся воздействию температур 850— 1100 °С.

Эта температура благоприятно влияет на образование мелкого зерна, что обеспечивает высокие механичес­ кие свойства участка;

участок неполной перекристаллизации (4), подвер­ гавшийся воздействию температур 720—850°С, харак­ теризуется частичным появлением новых зерен в ос­ новном металле;

участок старения при рекристаллизации (5), под­ вергавшийся воздействию температур 450 — 700 °С.

Здесь происходят рост зерен феррита из их раздроб­ ленных частей (рекристаллизация), полученных при пластической деформации металла, и процесс старе­ ния, заключающийся в выделении изботычного С и N в виде нитридов и карбидов вокруг решетки стали, что сопровождается повышением прочности и сниже­ нием пластичности. При сварке литых сплавов, не подвергавшихся пластической деформации, этот уча­ сток отсутствует;

участок синеломкости (6 ), подвергавшийся нагре­ ву до 100—450 °С, не имеет заметных структурных изменений, однако при сварке низкоуглероднстой ста­ ли, содержащей повышенный процент газов (Oj, N2, Н2), наблюдается на этом участке выделение их из­ бытка в структурную решетку металла, что также по­ вышает прочность, но снижает пластичность и вяз­ кость металла.

9.6. Свариваемость и причины возникновения трещин в стали Свариваемостью называют свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требова­ ниям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. На свариваемость стали наибольшее влия­ ние оказывает ее химический состав. Как известно, сталь в основном состоит из железа с неизменной примесью углерода. По содержанию углерода ста пи разделяются на: иизкоуглеродистые (до 0,25% С);

среднеуглеродистые (0,25—0,4 % С);

высокоуглеро­ дистые (0,46—0,9 % С). Хорошо свариваются низко­ углеродистые стали, широко применяемые для строи­ тельных конструкций. Сварка среднеуглеродистыч сталей возможна при условии соблюдения особой тех­ нологии, включающей, как правило, предварительный прогрев и последующую термообработку, устраняю­ щие закалку соединения. Ручная дуговая сварка вы­ сокоуглеродистых сталей не рекомендуется. Она воз­ можна только при соблюдении технологии, которая, однако, не всегда обеспечивает получение соединения, равнопрочного основному металлу.

Кроме углерода в стали и шве содержатся Мп и Si, попадающие в металл в процессе раскисления.

Для повышения прочностных характеристик и приоб­ ретения особых свойств стали (коррозионной стойко­ сти, жаропрочности и т. п.) применяют легирование металла различными полезными элементами, кото­ рые, улучшая его свойства, вместе с тем ухудшают его свариваемость. Легированные стали разделяются в зависимости от содержания легирующих элементов на: низколегированные (не более 2,5 %);

легирован­ ные (2,5— 10 %) и высоколегированные (более 10 % ).

Свариваемость стали можно приближенно определить по количеству легирующих элементов, эквивалентных (приравненных) углероду, по формуле „, Mn Si, Сг, Ni, No, V, Си. Р Са •= С +....... -{“ — -L — — _L. —— _L — — - j - ---- """ — ~~~ 1 6 24 5 10 4 513 где Сэ — эквивалент углерода, %;

С, Мп, Si и др — содержание в стали этих элементов, % При Сэ 0,35 % сталь хорошо сваривается, а при толщине свариваемых элементов до 8 мм хорошо сваривается при Сэ до 0,5 %. При большей толщине металла или при Сэ 0,35 % требуются предваритель­ ный подогрев и даже последующая термообработка или другие технологические методы сварки. Как вид­ но из приведенной формулы, увеличение в стали со­ держания Мп и Cr;

V и Си примерно в равной степе­ ни влияет на ухудшение свариваемости. Значительно ухудшает свариваемость увеличение содержания фос­ фора более 0,05 %. Наличие фосфора 0,05 % и менее в формуле не учитывается. В меньшей степени влия­ ют на ухудшение свариваемости Si и Ni;

Си, при со­ держании равном 0,5 % и менее, также не учитываеь ся в формуле.

При оценке свариваемости стали помимо химиче­ ского состава учитываются: конструктивные формы изделий, технологические особенности сварки, физи­ ческие свойства металла, склонность к закаливанию, образованию трещин прн сварке и после охлаждения, коррозионная стойкость при различных температу­ рах, прочность, пластичность, вязкость и другие ха­ рактеристики.

При выборе технологии сварки важное место з а ­ нимает погонная энергия. Зависимость механических Рис. 9.7. Влияние погонной энергии (Сдф N ) на свойства зоны термичес­ кого влияния углеродистой стали а — угол статического изгиба, град;

НВ — твердость по Бринеллю;

KCU — ударный изгиб, Д ж /см Рис. 9.8. Влияние конструкции иа образование горячих трещин а — конструкция с бобышками сплошного сечения;

6 — бобышка составно­ го сечения;

/ — конструкция;

2 — бобышка свойств стали от погонной энергии видна из рис. 9.7, оптимальная ее величина равна в данном случае 30— 40 кД ж /см. От погонной энергии при сварке металла определенного химического состава зависят его струк­ тура, склонность к закаливанию и образованию тре­ щин.

Различают два вида трещин в шве и зоне терми­ ческого влияния: горячие и холодные.

Горячие или кристаллизационные трещины обра­ зуются при высокой температуре в период кристал­ лизации сварного соединения. На их образование влияют высокая скорость охлаждения и, как следст вие, увеличение темпов деформации в сочетании с не­ благоприятным химическим составом. Увеличенное содержание углерода, серы, меди и некоторых дру­ гих элементов вызывает их межкристаллитную ликва­ цию, в результате чего замедляется затвердевание жидкого сплава между кристаллами. Это ослабляет их связь и при термической деформации приводит к образованию макроскопических трещин. Неблагопри­ ятная форма сварного соединения также может выз­ вать образование горячих трещин. Это хорошо видна на примере конструкции, металл которой не был склонен к образованию горячих трещин (рис. 9.8).

Однако горячие трещины возникали в швах, привари­ вающих к тумбе бобышки сплошного сечения ввиду большой жесткости данного узла. Изменение конст­ рукции бобышки устранило этот дефект (рис. 9.8, б, узе л А ). Горячие трещины, несмотря на их незначи­ тельную величину, могут вызывать ослабление свар­ ного соединения и его разрушение, особенно при пе­ ременных или динамических нагрузках.


Холодные трещины возникают в швах и в зоне тер­ мического влияния при более низких температурах в процессе структурных изменений при охлаждении сварного соединения. Наиболее часто они возникают в сварных соединениях из закаливающихся средне и высоколегированных сталей. Они могут зарождать­ ся и распространяться в течение нескольких часов или даж е суток после сварки. Холодные трещины — наи­ более опасный дефект, и для его предупреждения должны быть приняты меры по подбору более качест­ венных материалов для сварки (основной металл, элек­ троды), а также по применению оптимальной техно­ логии сварки (правильная последовательность выпол­ нения швов, проведение термической обработки и др.).

Д л я окончательного суждения о свариваемости ста­ ли проводят испытания сварных образцов на проч­ ность, пластичность, вязкость при различных темпе­ ратурах, коррозионную стойкость и на другие показа­ тели, которые необходимы в конструкциях, изготов­ ляемых нз стали данной марки.

Контрольные вопросы 1. К акие особенности м ет аллургического процесса происходят при д у го в о й сварке?

2. К ак реагируют кислород, азот и во дород, находящ иеся в зоне д у г и при сварке?

9. К акое действие оказы вавг кислород на расплавляем ы й при сварке металл?

4. К акое действие оказывает азот при д у го в о й сварке?

5. Какими способам и необходим о предупреж дать попадание во д о р о д а в сварной ш ов?

6. Д л я чего служит покрытие элект родов?

7. К акой долж ен быть ш лак при сварке покрытыми электро­ дами?

8. Что называется раскислением стали? К акие виды, раскис­ ления вы знаете?

9. Что называют легированием стали?

10 В чем заключается раф инирование металла ш ва?

11. Особенности металлургических проц ессов при а р го н о д у го ­ вой сварке вольф рам овы м электродом?

12 Что называют первичной и вторичной кристаллизацией сварного ш ва?

13. Что называют зоной термического влияния;

ее величина;

из каких участков она состоит?

14. К акая разниц а м еж ду горячим и и холодны м и трещинами, опасны ли они?

Упражнения /. Определите дл и н у сварочной ванны при 1а^ = 3 0 0 А, 1!Л= = 2 5 8 В, Р = 2 - 2. Чему равен Ка, если м асса покрытия одн ого электрода диаметром 5 мм на длине 400 мм равн а 30 г?

3. П о сертификату ( документу, сопровож даю щ ем у поставля­ ем ую заказч и ку сталь) в стали содерж атся С = 0,1 8 %;

Мп = = 1,2 %;

S i= 0,5 %;

С г-=4,5 %;

Ni = / 2 %;

Р = 0,0 8 %. Является ли эта сталь хорош о свариваем ой?

ГЛАВА 10. ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ СТАЛИ 10.1. Назначение покрытых металлических электродов. Сварочная проволока Ручная дуговая сварка осуществляется плавящим­ ся электродом, покрытым специальной обмазкой Ме­ таллический стержень электрода включается в цепь сварочного тока для подвода его к дуге и при сварке 9— расплавляется, выполняя роль присадочного метал­ ла. Д ля того чтобы процесс ручной дуговой сварки проходил наиболее эффективно, сочетая высокую производительность труда с хорошим качеством вы­ полненной работы, при сварке электродом должны обеспечиваться: спокойное устойчивое горенне дуги, равномерное расплавление стержня и покрытия, на­ дежная защита жидкого металла и равномерное по­ крытие ванны шлаком, легкое удаление шлака после затвердевания, удобство выполнения швов в требуе­ мых положениях, отсутствие токсичности и др.

Покрытие электрода должно быть достаточно прочным и не осыпаться при транспортировке и сварке.

Д ля того чтобы электроды удовлетворяли этим требованиям, должны быть правильно подобраны электродная проволока для изготовления стержней и состав покрытия электродов. Электродные стержни изготовляют из стальной сварочной проволоки, соот­ ветствующей ГОСТ 2246—70*. Проволоку постав­ ляют в мотках, к каждому мотку прикрепляют бирку, в которой указывается наименование предприятия изготовителя, наименование (марка) проволоки, ее диаметр, номер ГОСТа. К каждой партии проволоки прилагается сертификат — документ, удостоверяющий соответствие проволоки ГОСТу. В табл. 10.1 приведе­ ны некоторые марки проволоки. В соответствии с ГОСТ 2246— -70* она разделяется на группы в за­ висимости от химического с остава:' низкоуглеродис­ тая, легированная и высоколегированная. Марки про­ волоки имеют условное обозначение, например Св 08ГА: первые две буквы означают, что эта проволока сварочная, следующие за ними цифры н буквы ха­ рактеризуют содержание различных элементов в ме­ талле проволоки — первые две цифры — выражен­ ная в сотых долях процента массовая доля углерода, в данной марке она равна 0,08 %. Буква Г указывает на содержание в проволоке марганца, в данном слу­ чае 0,8— 1,1 %, а буква А — на изготовление ее из высококачественной стали с уменьшенным содержа­ нием вредных примесей (серы и ф осфора). Если в кон­ це марки стоят две буквы А (Св-08АА), то значит, что вредных примесей еще меньше. В других марках пос­ ле первых двух цифр, указывающих на содержание ЮЛ. Химический состав сварочной проволоки некоторых марок, % (ГОСТ 2246— 70*) Сера | Фосфор Прочие Углерод Кремний Титан.Марганец Хром Никель Молибден Проволока ллемгч та не солее / Пнзкоуглероди стая:

0,1 5 0,04 0,0 0,1 0,0 3 0,3 5 — 0,3 Не голее -- Св-08 — 0,6 0, 0,3 5 — 0, 0,1 0,0 3 0,0 0,1 2 0,2 Св-08А -- — 0, 0,025 J, 0,1 0,0 3 0, 8 — 1,1 0,1 0,2 Св-08ГА — — Легированная:

0,025 0, 0,0 5 — 0,2 0,2 0,7 — — Св-08Г2С 1,8— 2,1 -- — 0,11 0, о 0, Г о 4—5,5 0,03 -- Св-10Х5М 0,1 2 0,1 2— 0,3 - 0,4 — 0, -' 0, Ванадий 0,0,5— 0,0 Св-ЮХМФТ 0, 4 —0,7 1,4— 1, 0,07 — 0,3 0, 4 —0, 0, 0,2—0. 0,1 0,U Высоколегиро­ ванная.

— 0,025 0,0 13— Св-06Х14 0, 3 —0,7 0, 3 —0,7 0, 0,0 8 — — — — — 0, Св-04Х19Н9 0, 18—20 8— 0,5— 0,0 6 1— Нио Зий 0, 9— 10,5 0.01Й Св-07Х19Н10Б 18,5— 0,0 5 — 0,7 — 1,5—2 — 1,2— 1, 0,09 20, 0,02 Алюминий 1 1,5 - 0, 0,6 — 0,0 8 0,6 — 1 24—26,6 — 0, Св-06Х25Н12ТЮ 0, 4 —0, 13, 0,0 0, 0,3 48—5J 0,1 0,5 — — 0, Св-08Н углерода, ставятся буквы и цифры: буквы обознача­ ют содержание отдельных элементов, цифры—их мас­ совую долю в процентах. В проволоке Св-10Х11ВМФН содержится, %: углерода — 0,1;

х р ом а— 10,5— 12;

вольфрама — 1— 1,4;

молибдена — 1— 1,3;

ванадия — 0,25—0,5;

никеля — 0,8— 1,1. Если в проволоке какой либо элемент содержится в количестве около 2 %, то это обозначается в наименовании марки, например в проволоке Св-0,5Х19Н9ФЗС2 кроме хрома и никеля содержится ванадия 1,8—2,4 % и кремния 1,3— 1,8 %.

В табл. 10.2 даны буквенные обозначения отдельных элементов, которые содержатся в стали и входят в на­ именование марок электродной проволоки и электро­ дов.

10 2. О бозначение элементов в марка* электродной проволоки и типов электродов Буквенное Буквенное ^лемент Элемент,, обозначение обозначение А с Азот Кремний Б т Тнтан Ниобий В Ванадий Вочьфрам ф Г X Хром М арганец Цирконий М едь ц Д м Алюминий ю М олибден н Никель Наиболее распространена для изготовления элект­ родов, предназначенных для сварки низкоуглеродис­ той и низколегированной стали, низкоуглеродистая проволока. Легированную и высоколегированную про­ волоку применяют для изготовления электродов, не­ обходимых для сварки легированной и высоколегиро­ ванной стали и для наплавочных работ. Однако в не­ которых случаях высоколегированные электроды могут быть применены для сварки углеродистых и низ­ колегированных сталей.

10.2. Покрытия электродов Д ля того чтобы электроды удовлетворяли требо­ ваниям, указанным в § 10.1, необходимо подобрать состав покрытия и обеспечить качественное его нане-* сение на стержни. В состав покрытия входит ряд м а ­ териалов, которые выполняют определенные функции при сварке. Покрытие образуется из хорошо размо­ лотых и перемешанных материалов, связанных жид­ ким стеклом и нанесенных на стержни под давлени­ ем слоем до 2 мм на специальном прессе. Покрытие электрода при сварке плавится несколько лозже са­ мого стержня, вследствие чего на конце электрода об­ разуется небольшой чехольчик или втулочка, расплав­ ление которой должно быть равномерным;

недопусти­ мо одностороннее распределение, которое мешает сварщику поддерживать дугу требуемой длины.

Применяемые для электродного покрытия материалы разделяют на группы в соответствии с их функциями.

К материалам, образующим шлак, относятся полевой шпат, кремнезем, магнезит, мрамор и др. К газообра зушщим материалам относятся минералы, которые кроме шлака образуют защитный газ — это мрамор, магнезит и др. Кроме того, в состав покрытия вводят органические вещества — крахмал, оксицеллюлозу, древесную муку и др., которые выделяют только з а ­ щитный газ. Важную роль играют стабилизирующие вещества, предназначенные для обеспечения устойчи­ вого горения дуги. К ним относятся соединения ще­ лочных и щелочно-земельных металлов калия, натрия, кальция и др. Шлакообразующие вещества — мел, мрамор, полевой шпат и др. — также являются хоро­ шими стабилизаторами, но кроме них в покрытие вво­ дят специальные стабилизаторы — калиевое жидкое стекло (КгО-БЮг) и натриевое жидкое стекло (Na20 -Si0 2 ), которые одновременно являются свя­ зующими и цементирующими элементами покрытия.

Д л я восстановления окисленного в процессе сварки металла или введенного в покрытие в виде оксидов (например, гематита — Fe20 3) применяют специаль­ ные раскислители, к которым относятся ферроспла­ вы — ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и др.

Эти же ферросплавы служат легирующими материала­ ми, которые увеличивают содержание марганца, ти­ тана и других элементов в металле шва. Кроме того, для легирования иногда используют порошкообразные металлы. В покрытие вводят также пластификаторы, улучшающие его пластические свойства.

Важной операцией при изготовлении электродоз является их сушка и прокладка после опрессовки, ко­ торая осуществляется в специальных печах под конт­ ролем измерительных приборов.


ГОСТ 9466—75“ па электроды покрытые металли­ ческие для ручной дуговой сварки сталей и наплавки устанавливает некоторые характеристики электродных покрытий. По толщине нанесенного покрытия электро­ ды подразделяются: с тонким покрытием М при от­ ношении ( D / a ) ^ 1,2 ( D — диаметр электрода с по­ крытием, d — диаметр стержня);

со средним покрыти­ ем С при (D /d) ^ 1,45;

с толстым покрытием Д при (D/ d) (1,45— 1,8 );

с особо толстым покрытием Г при (D/d) 1,8.

Этот же ГОСТ устанавливает шесть видов элект­ родных покрытий с условным обозначением: А, Б, Ц, Р, П и смешанный.

Кислое покрытие А отличается тем, что в его состав входят образующие шлаковую защиту различные ру­ ды и материалы, содержащие большое количество кис­ лорода, например гематит содержит 92 % Fe203, гра­ н и т— 66—71 % S i 0 2, 15—21 % А12 и т. п. Д л я уда­ Оз ления кислорода и восстановления железа из оксидов применяют ферросплавы, для газовой защиты вводят органические примеси — крахмал, декстрин. Сварка электродами с этим покрытием возможна на постоян­ ном и переменном токе во всех положениях. В свароч­ ной ванне происходит активное раскисление железа, она кипит, что способствует дегазации металла. Допус­ кается сварка при небольшой окалине и ржавчине, од­ нако при этом происходит повышенное разбрызгива­ ние, и вследствие применения ферромарганца выделя­ ется значительное количество токсичных марганцевых соединений, что ограничивает применение таких по­ крытий. Кроме того, металл шва склонен к образова­ нию кристаллизационных трещин.

Основное покрытие Б содержит: фтористокальцие­ вое соединение — плавиковый шпат, в котором CaF более 75 %;

карбонаты кальция — мрамор, мел с со­ держанием более 92 % СаСОз и ферросплавы. При расплавлении это покрытие кроме шлака выделяет большое количество защитного углекислого газа, об­ разующегося вследствие диссоциации карбонатов.

Сварка электродами с основным покрытием возможна гостоянным током с обратной полярностью и во всех положениях. Д л я сварки переменным током в покры­ тие добавляют более активные стабилизаторы— ка­ лиевое жидкое стекло, поташ и др. Металл, наплавлен­ ный электродами с основным покрытием, обладает высокими механическими показателями, особенно ударной вязкостью при положительных и низких тем­ пературах;

не склонен к образованию кристаллизаци /онных трещин и старению;

содержит минимальное ко­ личество кислорода и азота. Эти электроды применя­ ют для сварки наиболее ответственных деталей и конструкций. Следует иметь в виду, что сварка электродами с основным покрытием должна вестись короткой дугой и при хорошей очистке свариваемых кромок от ржавчины, окалины, жира и влаги во из­ бежание образования пористости в швах.

Целлюлозное покрытие Ц содержит в основном ок сицеллюлозу или аналогичные ей органические веще­ ства, а также рутил и ферросплавы. Это покрытие при расплавлении выделяет главным образом много защитного газа и небольшое количество шлака для процесса раскисления. Электроды с этим покрытием пригодны для сварки во всех положениях на постоян­ ном и переменном токе и употребляются в основном для сварки первого слоя стыков труб.

Рутиловое покрытие Р содержит 50 % рутилового концентрата, в котором 50 % ТЮ2, карбонаты каль­ ц и я — мрамор, тальк, мусковит, магнезит, ферроспла­ вы, целлюлозу. Газовая защита обеспечивается за счет диссоциации материалов и органической составляю­ щей. Раскисление и легирование — ферросплавами.

Электроды с рутиловым покрытием пригрдны для свар­ ки постоянным и переменным токами во всех положе­ ниях. Они обеспечивают высокое качество наплавлен­ ного металла, обладают хорошими технологическими свойствами и применяются для сварки низкоуглероди­ стой стали.

Покрытия, обозначенные буквой П, не имеют явно выраженного кислого, основного, целлюлозного или рутилового состава.

Смешанные покрытия обозначают двойной буквой, например Б Ц — покрытие основного типа со значи­ тельным количеством целлюлозы.

10.3. Типы электродов для ручной дуговой сварки сталей и наплавки поверхностных слоев Согласно ГОСТ 9466—75*, электроды разделяются по назначению:

для сварки углеродистых и низколегированных конструкци­ онных сталей с временным сопротивлением разрыву до 600 М Па — условное обозначение У;

для сварки легированных конструкционных сталей с времен­ ным сопротивлением разрыву свыше 600 М Па — Л;

для сварки легированных теплоустойчивых сталей — Т;

для сварки высоколегированных сталей с особыми свойства­ ми — В;

для наплавки поверхностных слоев с особыми свойства­ ми — Н.

По допустимым пространственным положениям сварки или наплавки электроды подразделяются:

для всех положений — 1;

для всех положений, кроме вертикального сверху вииз, — 2;

для нижнего, горизонтального и вертикального снизу вверх— 3;

для нижнего и нижнего «в лодочку» — 4.

Длина наиболее ходовых электродов в зависимости от диаметра дана в табл. 10.3.

10.3. Размеры электродов, мм Номинальная длина электрода со Длина зачищен­ стержнем из сварочной т.роволокн, мм Номинальный ного от покрытия диаметр электро­ конца электрода, да, мм низкоуглероди­ мм (предельное высоколегиро­ стой или низко­ отклонение ± 5 мы) ванной легированной 3 300;

350 (450) 230 (300) 4 450;

350 350 (450) 5 6 П р и м е ч а н и я : 1. Размеры в скобках не рекомендуются 2. П о соглашению потребителя и изготовителя м ож ет быть уста­ новлена иная длина электрода.

ГОСТом установлены требования к качеству элект­ родов, основные из которых указаны в 9.3.

Электроды подразделяются на типы согласно ГОСТ S467—75*, ГОСТ 10052—75* и ГОСТ 10051—75*.

ГОСТ 9467—75* предусматривает 14 типов электро дов для сварки конструкционных сталей и 9 типов для сварки теплоустойчивых сталей. Некоторые типы этих электродов приведены в табл. 10.4.

10.4. Свойства металла шва и сварного соединения Механические свойства при нормальной температуре, не более Предельное содержание в наплавленном сварного соединения, металла шва или металле, %, не выполненного элек­ наплавленного более Электрод тродами диаметром металла меиее 3 м А /0 КСИ, угол заги­ 05» Л Д ж /см 2, МПа / V 3 серы фосфора ба, град МПа Д ля свар ки угл ЗрОДИС1 ЫХ И t [изколегир ованных с талей С 7в д о 500 М Па 14 Э38 380 30 Э42 420 18 0,0 4 0,0 4 Э46 18 80 Э50 500 16 70 Д ля сварки углеродистых и низколегированных сталей с сгв до 600 М Па, когда к металлу сварных ш зов предъявляются повышенные требования пластичности и вязкости 420 Э42А 22 460 22 Э46А Э50А 20 550 Э55 20 120 Э60 600 18 100 1я сварки легированных конструкционных сталей с сгв 600 М Па _ _ 700 Э -- — Э85 850 — -- 0.0 1000 10 Э -- — 1250 8 Э — 6 — Э150 Типы электродов для сварки конструкционных сталей обозначают буквой Э, после которой следу­ ют цифры минимального временного сопротивления наплавленного этим электродом металла в кгс/мм2, например электроды Э42 должны гарантировать минимальное временное сопротивление 420 МПа. Б ук­ ва А, стоящая после цифр (например, Э46А) означает, чго электроды этого ткпа обеспечивают более высокие пластические свойства наплавленного металла, чем электроды без буквы А (см. табл. 10.4). Типы электро­ дов для сварки теплоустойчивых сталей также обозна­ чают буквой Э, после которой следуют цифры и бук­ вы, характеризующие химический состав металла, наплавленного этими электродами. Например, обозна­ чение электродов типа Э-10Х5МФ означает, что в на­ плавленном металле гарантируется содержание, %, углерода 0,07—0,13;

хрома 4—5,5;

молибдена 0,35— 0,65 и ванадия 0,1—0,35.

ГОСТ 10052—75* устанавливает типы и основные требования к электродам для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами.

В нем предусмотрены электроды для сварки коррози­ онно-стойких, жаропрочных и жаростойких высоколе­ гированных сталей мартенситного, мартенситно-фер ритного, ферритного, аустенитно-ферритного и аусте нитного классов, всего 49 типов. Типы этих электродов обозначаются так же, как теплоустойчивых электро­ дов. Кроме гарантированного химического состава ГОСТ устанавливает особые требования к отдельным группам этих электродов, в частности: содержание ферритной фазы в наплавленном металле, отсутствие склонности к межкристаллитной коррозии, максималь­ ную рабочую температуру, при которой регламентиро­ ваны показатели длительной прочности наплавленно­ го металла, максимальную рабочую температуру свар­ ных соединений, при которой допускается применение электродов при сварке жаропрочных сталей. Все эти показатели в виде цифровых индексов указываются при условном обозначении электродов.

ГОСТ 10051—75* устанавливает типы покрытых металлических электродов для дуговой наплавки по­ верхностных слоев с особыми свойствами. Он преду­ сматривает 44 типа электродов с аналогичным обозна­ чением. Кроме регламентированного химического состава установлены требования к твердости наплав­ ленного металла.

10.4, Марки электродов, технологические свойства электродов Каждому типу электродов для сварки конструкци­ онных, теплоустойчивых и высоколегированных ста­ лей может соответствовать несколько марок электро­ дов, особенно много марок разработано и выпускает­ ся для сварки конструкционных сталей. Например, к типу электродов Э42А относятся электроды марки УОНИИ-13/45, СМ-11 и др. Характеристика электро­ дов различных марок приведена в табл. 10.5. Наиболее распространены для сварки в заводских условиях электроды марок АНО-1, АНО-6, ВРМ-12, ОЗС-4, МР-3, АНО-4, предназначенные для сварки низкоуг­ леродистых и низко тегированных сталей. В конструк­ циях, к которым предъявляются повышенные требо­ вания пластичности и вязкости сварных швов, для сварки применяют электроды УОНИИ-13/45, СМ-11, УОНИИ-13/55, СК2-50 и другие этих же типов в з а ­ висимости от требований к электродам, указанным в проекте. Электроды ОЗС-18 и К Д -П предназначены для сварки низколегированной атмосферно-коррозион­ но-стойкой стали, электроды ВСФ-65У — для сварки конструкций из высокопрочной низколегированной стали. Д ля сварки высоколегированных сталей исполь­ зуют электроды 03JI-6, ЦЛ-11, 0 3 JI-8 п др., изготов­ ляемые промышленностью, некоторые из них приведе­ ны в табл. 10.5.

В монтажных условиях на строительных площад­ ках наибольшее применение у сварщиков нашли рути ловые электроды МР-3, ВРМ-12 и АНО-4, которые обладают хорошими технологическими свойствами.

Д л я ответственных конструкций используют электро­ ды СМ-11, УОНИИ-13/45, УОНИИ-13/55, СК2-50, а также ОЗС-18, К Д -П, ВСФ-65У, т. е. те же марки, что и при изготовлении конструкций.

Важной характеристикой электродов является их производительность, определяемая количеством на­ плавленного при сварке металла за единицу времени.

Массу Мр расплавляемого за единицу времени элект­ рода определяют по формуле Мр = Яд / св t0, где а п — коэффициент плавления электродного металла, показы­ вающий массу электродного металла в граммах, расплавленного Ш 10.5. Технологические характеристики электродов некоторых марок тродов н 1 кг г металла, кг наплавленно­ Расход элек­ наплавки а н, Коэффициент а г (А-ч) Марка электродов Положение сварки Род тока и полярность Тип.ЭЛ'КТРОДОВ о 7,2 — Д Н О - Э42 Все положения Постоянный и переменный АНО-1 — Н иж нее То ж е i, 7,5 — 9, У О Н И И -13/ Э42А Все положения, кроме верти Постоянный обратной поляр­ кального сверху вниз ности 1, СМ -11 Все положения 9 5— 10, Переменный и постоянный о б ­ ратной полярности То ж е ОЗС-2 — 8, То ж е Э46 1, МР-3 8— 8, В се полож ения, кроме верти Переменный и постоянный о б ­ кального сверху вниз ратной полярности ОЗС-4 То ж е 1, 8,5 — 9, Переменный и постоянный прямой полярности AHQ-4 1, Переменный и постоянный лю ­ 7,5 -8, бой полярности ВРМ -12 Переменный и постоянный о б ­ ратной полярности У О Н И И -13/ Э50А Постоянный обратной поляр­ ности СК2-59 Переменный и постоянный о б ­ ратной полярности О З С -18 Постоянный обратной поляр­ ности Переменный и постоянный о б ­ К Д.1 ратной полярности ВСФ -65У Э60 Постоянный обратной поляр­ ности О ЗЛ - Э10Х25Н13С2 То ж е 308Х20НЭГ2Б Ц Л - Э07Х20Н9 0 3 Л - УОНИИ- 13/55У Э55 Переменный и постоянный о б ­ ратной полярности 8 - 8, 1, 8,5 — 9,5 1, Все положения, кроме вертн кального сверху вниз Все положения 9, 5 — 10 1, Все полож ения, кроме верти- 9— 9,5 1, кального свер ху вниз — То ж е — 1, Все положения, кроме верти- 9— 9, кального сверху вниз 1, То же 11, 11 1, 1, » Горизонтальные и вертикаль­ 1, 9, ные стыки арматурных стер ж ­ ней ванным способом током 1 А в единицу времени, обычно в 1 ч, г/(А • ч );

/св — сва­ рочный ток, A;

tj — время 10рення дуги, ч Но при сварке часть электродного металла теряет­ ся на угар и разбрызгивание, поэтому масса наплав­ ленного металла Ми будет меньше расплавленного М Мп — Ял /( в • Из этой формулы можно легко определить а н — ко­ эффициент наплавки, г/(А -ч): а а= M aj { I C U ).

B Этот коэффициент показывает, какая масса метал­ ла в граммах будет наплавлена током в 1 А за время сварки, т. е. за 1 ч. Величина а н может быть иногда больше а п, если в покрытии электродов есть металл, который переходит в шов, увеличивая этим количест­ во наплавленного металла по сравнению с расплав­ ленным Коэффициент наплавки является одним из важных показателей производительности электродов, так как чем больше а н, тем больше будет наплавлено металла. Однако производительность процесса ручной дуговой сварки покрытыми электродами зависит не только от коэффициента наплавки данного электрода, но также от величины сварочною тока, который мож­ но допустить при сварке этим электродом. Чем боль­ ше сварочный ток, тем больше Мн. Таким образом, производительность сварочного процесса в конечном итоге характеризуется массой наплавленного металла в единицу времени.

При ручной дуговой сварке покрытыми электрода­ ми потери будут не только на угар и разбрызгивание, но и на огарки. Д л я определения количества потреб­ ных для сварки электродов необходимо знать коэффи­ циент потерь Т, %:

Ч= 100Щ, - Л * Н)/МВ, где Мз — масса металла электрода, г.

Если в покрытии электрода содержится много ж е­ лезного порошка М н может оказаться больше М и тогда Т условно будет иметь отрицательное значе­ ние. Д л я заказа электродов учитывается также мас­ са электродного покрытия. В среднем заказывают электроды по отраслевым нормам Минмонтажспец строя: для изготовления металлоконструкций 1,35 % и для их монтажа 0,4 % массы изготовляемых и мон­ тируемых конструкций.

Контрольные вопросы 1 Какие общие требования предъявляются к покрытым элек тредам?

2246 -Q*?KaKUe гРЧш ш делится сварочная п роволока по Г О С Т 3. Кокой состав химических элементов в проволоке типа Св-05Х19Н9ФЗС2? Что обозначают цифры и буквы?

4. Каким общим требованиям должно удовлетворять покры­ тие электродов?

5. Н а какие группы делятся покрытия электродов?

6. Какое покрытие эгектродов лучше: кислое, основное или рутиловое?

7. К акая розница м ечду типом и маркой электродов?

8. Что обозначают цифры и буквы в наименованиях типов электродов?

9. В а и поручена сварка конструкции из низколегированной стали электродами типа Э50А К акую м арку электродов вы вы­ берете для выполнения этой работы?

10. Что называют коэффициентами плавления, наплавки и по­ терь?

Упражнения Если М в—5 кг, а М к= 5,5 кг, чещу равен коэффициент п о­ терь ф?

ГЛАВА 11. ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ. ГАЗЫ И ФЛЮ СЫ 11.1. Плавящиеся электроды для сварки алюминия, меди, титана, чугуна и никеля Алюминий и его сплавы, обладающие рядом фи­ зических и технологических особенностей, успешно сваривают в инертных газах. Однако при необходимо­ сти применяют ручную дуговую сварку плавящимися электродами и ручную сварку неплавлящимися элект­ родами, например угольными. В табл. 11.1 приводится состав некоторых марок алюминиевой сварочной про­ волоки, которую употребляют для изготовления элект­ родов для механизированной сварки, а также в качест­ ве присадочного металла при ручной аргонодуговой сварке неплавящимся вольфрамовым электродом.

В качестве покрытия электродов для сварки алю­ миния применяют легкоплавкие смеси хлористых со­ лей щелочных и щелочно-земельных элементов с до­ бавкой небольшого количества фтористых соединений.

В покрытия включают хлористые литий, калий, маг мз 1! 1. Химический состав некоторых сварочных проволок т алюминиевых сплавов (ГОСТ 7871—75) М ассовое с о д е р ж а н и е, % Марка ' Пр меси, н» ол е OchobhoI состав Св-А97 0,015 Fe, 0,01} Si Не менее 99,97 А 0,005 Си, прочие 0, Св-АМц 0,1 Zn, 0,2 Си, 0,5 M g;

Остальное A l, 1— 1,5 Мп, 0,3 —0,5 Fe, 0,2— 0,4 Si прочие 0, 0,6 Fe, 0,1 (Zn + S n ), Св-АК5 О стальное AI, 4,5— 6 Si, 0,2 Си, прочие 0, 0,1— 0,2 Ti Сб -1557 0,2— 0,35 Zn, 0,3 Fe, Остальные A l, 4,5— 0,1-5 8 !, 0,05 Си, прочие 5 5 М3, 0,2— O SM n, 0, 0,07— 0,16 Cr;

0,002— 0,005 Be ний;

фтористые натрий, калий;

и т. п Ввчду того что основная трудность сварки алюминия и его сплавов заключается в образовании на его поверхности туго­ плавкой оксидной пленки А120 з (температура ее плав­ ления 2050°С, а температура плавления алюминия 6 58°С), необходимо удалить эту пленку в процессе сварки. Это удается сделать, применяя хлористые соли и фтористые соединения, в результате расплавления которых в шлаке частично растворяется оксид алю­ миния и удаляется вместе со шлаком. Кроме того, со­ единяясь с хлоридами, оксид алюминия образует лег­ коплавкое хлористое соединение алюминия А1С13, ко­ торое кипит при температуре 183 °С и легко удаляется с поверхности металла. Сварка покрытыми электро­ дами возможна только в нижнем положении короткой дугой постоянным током обратной полярности.

Характеристика некоторых электродов для сварки алюминия приведена в табл. 11.2. Толщину покрытия устанавливают в зависимости от диаметра стержня.

Диаметр стерж ня, мм 3 4 5 Толщина покрытия, мм 0,2 5 —0, 3 0, 3 —0,5 0, 5 —0,7 5 0, 7 5 — 1, Медь характеризуется высокой теплопроводностью, жидкотекучестью и способностью сильно окисляться при высокой температуре, что усложняет ее сварку.

Ухудшают свариваемость меди примеси, входящие в ее 11.2. Характеристика электродов для сварки алюминия и его сплавов 03А- А- Показатель ОЗА-1 AJ-4aKp Св-А97 Св-А97 Св-АК М атериал сердечника Св-АМц или (ГОСТ 7871— 75*) Св-АК 6,3 2 6,25— 6, 7, 5 — 7, К оэффициент наплавки 7,5 — 7, а,., г /(А -ч ) П р и м е ч а н и я : 1. Реж им прокалки электродов, температу­ ра 150— 200 °С, время 60 мин. 2. Ток постоянный, на электроде ( + ). 3. П олож ение сварки — ннжнее.

состав: кислород, сера, фосфор, сурьма, мышьяк, сви­ нец и особенно висмут. Д ля ручной дуговой сварки применяют металлические покрытые электроды, а та к ­ же неплавящиеся угольные злектроды с присадочны­ ми прутками, покрытыми обмазкой или флюсом. П ри­ меняют также дуговую ручную сварку вольфрамовым электродом в среде аргона или азота.

Марки проволоки и их назначение для сварки меди и сплавов на медной основе приведены в табл. 11.3.

На стержни из меди или ее сплавов наносят по­ крытие, замешанное на жидком стекле. Состав не­ которых электродных покрытий приведен в табл. 11.4, а характеристика покрытых электродов в табл. 11.5.

Электроды АНМц/ОКЗ-АБ используют для заварки дефектов в отливках из алюминиевых и алюминиево­ никелевых бронз. Электроды «Комсомолец-100»

(К -100), ОЗМ-2, ЗМ используют для сварки меди;

электроды ЗТ со стержнями из латуни — для сварки латуни;

электроды О З Б - 1 — для сварки бронзы, з а ­ варки дефектов бронзового литья;

электроды МН- для сварки медно-никелевого сплава между собой и с латунью и бронзой.



Pages:     | 1 | 2 || 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.