Газове зварювання чавуну

 

              Види випробувань і зразки для їх виконання.

Для оцінки механічних властивостей зварні з’єднання підлягають різним випробуванням. До механічних випробувань  зварних з’єднань звертаються і  в тих випадках, коли потрібно визначити  якість зварювальних матеріалів, розробити  оптимальні технологічні режими (особливо при зварюванні спецсталей), а також  при провірці кваліфікації зварників. Механічні випробування зварних  з’єднань по характеру прикладанні  нагрузок в часі можна поділити на три основних типи:

статистичне випробування, втілюючи шляхом поступового зростання нагрузки на зразок до його повного розбиття; імітуючи роботу зварних з’єднань при постійній нагрузці;

динамічне випробування, при якому  зусилля зростають миттєво і  діє на протязі короткого часу; характерні для з’єднань, працюючих  в умовах скоро зростаючих навантажень (ударів);

випробування на втому, при яких навантаження багаторазово змінюється по величині, або по величині і знаку.

Методи визначення механічних властивостей зварних з’єднань спостерігаються  інші види випробувань металу різних ділянок зварного з’єднання і  наплавленого металу зварного шва:

а) на статичне (короткочасне) розтягування;

б) на ударний згин (на підрізних  зразках);

в) на стійкість проти механічного  старіння;

г) на статичний розтяг (зварного з’єднання);

д) на статичний згин (загин зварного з’єднання);

е) на ударний розрив (зварного з’єднання), а  також зміна твердості металу різних ділянок зварного з’єднання  і наплавленого металу.

Випробування проводять на обранцях, вірізаючих з контрольованих виробів, наприклад, з стиків трубопроводів, чи з контрольних з’єднань, спеціально зварених для таких цілей. При  цьому необхідно використовувати  ті ж основний метал і зварювальні  матеріали, режими зварки і термообробки, тих же зварників. Зразки зварних  з’єднань не повинні мати прогин, величина якого на довжині 200 мм перевищує 10% товщини зварюваного металу чи складає  більше 4 мм. Депланація, тобто перевищення  одної кромки над другою в стикових з’єднаннях, повинна бути не більше 15% товщини зварювальних листів, але  не більше 4 мм.

При зварці контрольних з’єднань ширина (в) кожної зварювальної пластини в залежності від товщини металу (б) повинні бути не менше:

в, мм	50	70	100	150
б, мм	4	4...10	10...20	20...50

Довжину пластин визначають в залежності від розмірів і числа зразків, які необхідно з них виготовити, з урахуванням довжини невикористаних ділянок шва на початку і в кінці пластин, де режим зварки недостатньо стабільний. Розміри цих ділянок визначають від 20 до 70 мм в залежності від способу зварки і сили струму. Заготовки для випробувань наплавленого металу вірізають з спеціально підготовлених на плавок, виконаних на пластині в декілька шарів.

Вирізку заготовок для зразків  слідує можливість виготовити на метало ріжучих станках, щоб не змінювати  структуру металу.

Статичне випробування на розтяг є  одним з найбільш розповсюджених, по скільки вони дають можливість порівняно точно оцінити поведінку  металу і при других видах навантаження.

Стандартами цей вид випробувань  спостерігається для більшої  частини відповідальних зварних  конструкцій, являється найбільш простим  і відносно легко здійснюючим.

При випробуваннях на статичне (короткочасне) розтягування можна визначити: границю  текучості металу фізичну  _т і умовний _0,2 в Па, часовий опір _В в Па, відносне видовження в %, відносне звуження в %.

Випробування проводять на спеціальних  машинах, що складаються з механізмів кріплення зразка, навантаження, вимірювання  і реєстрації розвиваючого зусилля. В деяких типах машин є доповнюючі устройства для запису діаграми випробування. Механізм кріплення зразка забезпечує також його центрування для здійснення тільки розтягую чого зусилля без  виникнення згинаючого моменту. Необхідні  зусилля даються з допомогою  механічного та гідравлічного приводу.

Випробування кутових з’єднань (таврових і внапуск) виготовляються значно рідше, так як більш важче виконати зразки з кутовими швами, працюючими чисто на зріз чи розтяг без утворення згинаючого моменту, який значно спотворює результати. Тому зразки для випробування кутових з’єднань повинні виконуватись з симетричним розміщенням швів.

При випробуванні на згин застосовуються зразки циліндричної чи прямокутної  форми. Випробування проводять на універсальній  машині. Зразок вміщують на дві шарнірні опори, відстань між якими є радіус оправки, через яку до центра зразка прикладають згинаюче зусилля, вибирають  в залежності від товщини основного  металу. Згин виконується на зразках  з знятим зусиллям і в сторону, протилежну кореню шва (при односторонній зварці)

Випробування на вм’ятини проводять  для труб малого діаметра з повздовжніми і поперечними зварними швами. Зразок для випробування на вм’ятини представляє собою стикове з’єднання довжиною, рівною діаметру труби, з якої його вирізають механічним способом. “Зусилля” шва зрізається до основного металу на станку, гострі кромки закруглюються.

       Випробування  проводять на пресі шляхом  деформації зразка зажимаючим  навантаженням.

Випробування на повзучість для  зварних швів проводять рідко, так  як ця характеристика зазвичай співпадає  з показниками для основного  металу. Випробування заключається в нагріванні зразка до декількох сот градусів і поступовому навантаженні його до появи деформації. Величну деформації в процесі випробування регіструють.

Динамічне випробування розрізняють  по характеру деформації, температурним  умовам, числу циклів навантаження. До основних видів динамічних випробувань  зварних з’єднань відносяться випробування на ударний згин і на втому.

Випробування на ударний згин дякуючи  відносній простоті виконання і  точності результатів являються  найбільш розповсюдженими. При цих  випробуваннях визначають ударну в’язкість  шва, різних ділянок навколишньої зони і наплавленого металу. Ударна в’язкість  характеризується величиною роботи, розхідної на ударний згин зразка і приходиться на одиницю його площі в місці руйнування. Для  визначення значення ударної в’язкості  квадратний чи прямокутний в січенні  зразок вирізають з зварного з’єднання з таким розрахунком, щоб можна було зробити надріз в визначеному місці зварного з’єднання. Форма і розміри зразків регламентовані стандартом. Найбільш розповсюджені випробування зразків довжиною 55 х 10 х 10 мм з напівциліндричним надрізом глибиною 2 мм і радіусом 1 мм. Ударна в’язкість, визначена при випробуванні зразків з підрізами такого типу, позначається Qн. При ширині зразка 5 мм ударна в’язкість зразка позначається Qп.т. Крім того, застосовують зразки з трикутним в січені надрізом глибиною 2 мм з кутом при вершині 45⁰і радіусом закруглення 0,25 мм. Результати випробування зразків різних типів не порівнюються. Місце вирізки і розміщення надрізу омовляється технічною документацією.

Випробування на ударний згин проводять  на маятникових копрах зі свобідно падаючим вантажем. При випробуванні свободно гойдаючий маятник піднімають до деякого положення, встановлюють зразок, відпускають маятник, який зруйнувавши зразок, повертається в попереднє положення поверхні відбитку. Випробування по Віккерсу регламентується ГОСТ 2999-75. Принципово методи Брінелля і Віккерса аналогічні, і для малих і середніх значень твердості величини співпадають.

Для випробувань по методу Роквелла застосовують прибори типу ТК, які  дещо відрізняються по конструкції  від ТШ і ТП. Вони мають пружинне пристрою попереднього навантаження і  індикаторний пристрій для вимірювання  і реєстрації глибини алмазного  конуса.

Слід відмітити, що результати вимірювань твердості по Роквеллу не можуть бути точно переведені в значення твердості  по Брінеллю і Віккерсу.

Суть методу заключається в втисканні  стандартної алмазної піраміди з  кутом при вершині 136⁰, при навантаженні 0,02...2Н, визначення площі поверхні відбитку і діленні величини навантаження на цю щільність. Пристрій для вимірювання мікротвердості ПМТ-3 оснащений мікроскопом з рухаючи шкалою, що дозволяє точно встановити наконечник і провести слідуючи виміри відбитку.

Згідно ГОСТ 6996-66 вимірювання твердості  рекомендується виконувати по відповідним  схемам, для стикових з’єднань листів товщиною менше 3 мм дозволяється проводити  виміри твердості по зовнішній поверхні зразка з знятим до рівня.

        6.Нові досягнення в зварювальному виробництві.

                                         Зварювання в космосі

 На початку 60-х рр.. минулого століття з ініціативи головного конструктора

 ракетно-космічних систем академіка С.П. Королева була поставлена

 принципово нове завдання - дослідити можливість виконання зварювання

 безпосередньо в космосі.  Науковим керівником всього комплексу 

досліджень був академік Б.Є. Патон.

                                

 При проведенні досліджень передбачалося, що зварювання в космосі буде

 використовуватися для виконання  наступних робіт:

а) ремонт космічних кораблів, орбітальних  станцій і різних

 металоконструкцій, що знаходяться  у відкритому космосі, на Місяці та інших

планетах;

б) складання та монтаж металоконструкцій, що знаходяться в орбітальному польоті 

 або розташованих на поверхні  Місяця і планет.

Умови в космосі, як відомо, значно відрізняються від земних.

 Глибокий вакуум, невагомість,  перепад температур, випромінювання,

електричні та магнітні поля Землі  та інших планет надають 

 істотний вплив на характер  фізико-хімічних процесів,

 протікають під час зварювання, і на умови роботи зварника. У зв'язку з цим

 необхідно було розробити  техніку і технологію виконання  зварювальних 

робіт, що враховують перераховані вище особливості.

 На Землі важко відтворити  умови міжпланетного середовища. Тому 

 попередні дослідження виконувалися по етапах, на кожному з яких

 імітувалися окремі особливості космічного простору (вакуум,  невагомість та ін)

Перш за все було поставлено завдання вибору найбільш перспективних для

 умов космосу видів зварювання. В якості критеріїв було обрано 

 наступні характеристики видів  зварювання:

- Універсальність; 

- Можливість виконання різання матеріалів;

- Висока надійність;

- Можливість автоматизації; 

- Працездатність у вакуумі і невагомості.

 Проведений аналіз показав,  що найбільш перспективними для  застосування в

 космосі є електронно-променева  зварювання, зварювання стислій  дугою низького 

 тиску і плавиться, а також  контактна точкове зварювання.

 Експерименти проводилися в  1965 р.в літаючої лабораторії ТУ-104,

 дозволяє короткочасно (до 25-30 с)  відтворювати стан 

 невагомості. 

 Електронно-променева зварювання  та різання різних металів проводилися при

 постійної потужності пучка  1кВт, силі струму променя 70 мА і швидкості зварювання 

(Різання) 30 м / ч.При візуальному спостереженні за ходом зварювання та різання в

 умовах невагомості і перевантажень  не було встановлено зовнішніх  відмінностей за

 порівняно з процесами в  земних умовах. На підставі проведених  дослідів були зроблені обгрунтовані висновки про те, що в умовах

невагомості можна отримувати якісні зварні з'єднання різних

 металів і сплавів. Процес  електронно-променевої різання також протікає без

 помітних змін у порівнянні  зі звичайними земними умовами. 

На підставі проведених дослідів зі зварювання та різання стислій дугою низького

 тиску було встановлено наступне. В умовах динамічної невагомості 

 можна отримувати якісні  стикові, відбортованого і нахлесточного  ті, відбортованого і нахлесточного 

 зварні з'єднання. Коливання  режимів зварювання в межах  20% практично 

 не позначаються на якості  зварного з'єднання. При зварюванні  стислій дугою 

 металу малих товщин розміри  зварювальної ванни малі і  формування швів 

практично не залежить від сил гравітації,а визначається силами

 поверхневого натягу. Для умов  космосу може бути перспективним 

 спосіб микроплазменной зварювання. Він дає високу концентрацію  енергії,порівнянну з електронним променем, і відповідно придатний для зварювання та

 різання тонких деталей.

 

Кліщі для точкового зварювання були виконані з вбудованим трансформатором 1

 кВт і масою 1,5 кг. Космічні умови не вплинули на процес

 точкового зварювання. У цьому  випадку невагомість впливає  лише на умови роботи

 людини.

На базі проведених досліджень була розроблена і виготовлена

спеціальна зварювальна установка  «Вулкан» для перевірки

 названих вище видів зварювання  в умовах космосу. 

 Відповідно до загальної  програми космічних досліджень перший в світі

 експеримент зі зварювання  у космосі був виконаний 16 жовтня 1969 на

космічному кораблі «Союз-6» льотчиками-космонавтами Г.С. Шонін і В.М.