Технология и оборудование сварочных работ

Сварка является одним  из ведущих технологических процессов  изготовления металлических конструкций.

В большинстве случаев  сварки плавлением и при всех наплавочных  работах в расплавляемый основной металл вводится добавочный, наплавляемый; в результате их смешивания образуется сварочная ванна. Кристаллизация металла  сварочной ванны вследствие прекращения  действия источника тепла или  его удаления при перемещении  приводит к образованию металла  сварного шва или наплавки. Введение добавочного металла осуществляется посредством расплавления сварочным  источником тепла специальных сварочных  материалов. Они могут вводиться в сварочное пространство как энергетически связанными с источником тепла (дуговая сварка плавящимся электродом и электрошлаковая сварка токоведущим электродом), так и автономно, непосредственно не связанными с источниками тепла (газовая сварка, сварка неплавящимся электродом).

При дуговой сварке применяют  неплавящиеся и плавящиеся электроды.

Неплавящиеся электроды  изготавливают из вольфрама и  его сплавов.

Для плавящихся электродов наиболее распространённым материалом является холоднотянутая калиброванная проволока  диаметром 0,3-12 мм, а также горячекатаная  или порошковая проволока, электродные  ленты и пластины.

Классификация сварочных  материалов в связи с их большим  разнообразием чрезвычайно затруднена и до настоящего времени не разработана. Вот основные виды плавящихся металлических  сварочных материалов:

Электродная проволока

Штучные электроды для  дуговой сварки

Пластинчатые и пластино-проволочные электроды для электрошлаковой сварки

Плавящиеся присадочные (добавочные) материалы сплошного сечения

Плавящиеся присадочные  материалы трубчатого несплошного сечения и порошки

Присадочные катаные, волоченые, литые стержни и проволока

Трубчатые (порошковые) электродные  проволоки

Наплавочные катаные, протянутые проволоки

Наплавочные ленты

Литые стержни

Наплавочные трубчатые (порошковые) проволоки

Наплавочные порошковые ленты.

Не менее велико и качественное разнообразие сварочных материалов различного назначения. Так, одной только стальной электродной проволоки, централизованно  поставляемой металлургической промышленностью  по ГОСТу 2246--60, имеется около 60 различных  составов при различном сортаменте по размерам. Каждый периодический  пересмотр этого ГОСТа увеличивает  количество включенных в него марок. Кроме того, электродные и присадочные материалы поставляются и по другим ГОСТам: например, около десяти марок сварочной проволоки из алюминия и его сплавов, две марки чугунных присадочных материалов и др. Учитывая присадочные (электродные) материалы, потребляемые сварочным производством по различным ведомственным ТУ и другим техническим документам, общее количество таких материалов по маркам превышает 100.

Плавящиеся сварочные  проволоки, стержни и пластины

При сварке под флюсом и  в защитных газах и при электрошлаковой  сварке применяется проволока без  покрытия - голая электродная проволока.

Стальную сварочную проволоку  изготавливают по ГОСТ 2246-70*. Сварочная  проволока разделяется на низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную. Всего выпускается 77 марок проволоки. Путем соответствующего выбора состава плавящегося электрода можно изменять состав металла шва - легировать его нужными элементами. Обычно состав сварочной проволоки берется близким к составу свариваемого металла.

Проволока для изготовления электродов для сварки : алюминия и его сплавов маркируется: АО, А1, АД, АД1. АЛц, АМг и т. д., где цифра показывает общее количество примесей (ГОСТ 7871--75). Выпускается также стальная, наплавочная проволока по ГОСТ 10543--82.

Для сварки меди и ее сплавов  применяют электроды со стержнями  из медной проволоки M1 и М2, бронзы Бр КМцЗ-1 и др. Медь маркируется буквой М, бронзы -- буквами Бр.

Обозначение сварочной проволоки  состоит:

1. Указывается диаметр  проволоки в миллиметрах.

2. Далее следует индекс  «Св» -- сварочная.

3. Цифра за индексом  обозначает среднее содержание  углерода в сотых долях процента.

4. Обозначение легирующих  элементов в проволоке и их  количество приняты такими же, как и для марок сталей.

Например, условное обозначение  проволоки диаметром 2 мм из низкоуглеродистой  кремнемарганцевой стали, содержащего 1,4-1,7% Mn и 0,60-0,85% Si - 2Св-08ГС.

По виду поверхности низкоуглеродистая  и легированная проволока подразделяется на неомедненную и омедненную.

Проволоку поставляют потребителю  в мотках, а так же в кассетах, массой от 15 - 80 кг. На каждой бухте крепят металлическую бирку с указанием  завода-изготовителя, условного обозначения  проволоки, номера партии и клейма технического контроля.

Для сварки вручную проволока  рубится на стержни длинной 350-400 мм.

Плавящиеся электродные  пластины применяют при электрошлаковой  сварке. Это позволяет увеличить  производительность процесса.

При ручной дуговой сварке плавящимся электродом сварка производится металлическим электродным стержнем, на поверхность которого путем окунания в жидкую массу или путем опрессовки под давлением наносится специальное электродное покрытие определенного состава и толщины. Электродный стержень с нанесенным на его поверхность слоем покрытия называют электродом.

По назначению металлические  электроды для ручной дуговой  сварки сталей и наплавки поверхностных  слоев с особыми свойствами, изготовляемые  способом опрессовки, подразделяются (ГОСТ 9466--75):

-для сварки углеродистых  и низколегированных сталей с  временным сопротивлением разрыву  до 60 кгс/мм2 (600 МПа), с условным обозначением - У;

-для сварки легированных  сталей с временным сопротивлением  разрыву свыше 60 кгс/мм2 (600 МПа) -- Л;

-для сварки легированных  теплоустойчивых сталей - Т;

-для сварки высоколегированных  сталей с особыми свойствами -- В;

-для наплавки поверхностных  слоев с особыми свойствами -- Н.

По толщине покрытия электроды  подразделяются на электроды с тонким, средним, толстым и особо толстым  покрытиями. ГОСТ 9466--75 предусматривает  также три группы электродов -- 1, 2, 3, характеризующиеся требованиями к качеству (точности) изготовления электродов, состоянием поверхности  покрытия, а также содержанием  серы и фосфора в наплавленном металле.

По виду покрытия электроды  подразделяются:

с кислым покрытием А, с  основным покрытием -- Б, с целлюлозным  покрытием -- Ц, с рутиловым покрытием -- Р, с покрытием смешанного вида -- с двойным обозначением, с прочими видами покрытий -- П. Электродные покрытия состоят из шлакообразующих, газообразующих, раскисляющих, легирующих, стабилизирующих и связующих (клеящих) компонентов.

В зависимости от того, в  каком пространственном положении  выполняется сварка, электроды подразделяются:

для сварки во всех положениях с условным обозначением 1;

для сварки во всех положениях, кроме вертикального сверху вниз,-- 2; для положений нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх 3; для нижнего и нижнего «в лодочку» -- 4.

Электроды подразделяются по роду и полярности тока, а также  по номинальному напряжению холостого  хода источника питания сварочной дуги переменного тока.

Подразделение электродов по типам выполнено в ГОСТ 9467-75, 10051-75 и 10052-75. По ГОСТ 9467-75 предусмотрено 9 типов электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей (Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, 350, Э50А, Э55 и Э60), 5 типов электродов для сварки легированных сталей повышенной и высокой прочности (ЭТО, Э85, Э100, Э125 и Э150) и 9 типов электродов для сварки легированных теплоустойчивых сталей (Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-05Х2М, Э-09Х2М1, Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э-10Х5МФ). Обозначают электроды для сварки углеродистых и легированных сталей по ГОСТ 9466--75. Например, электроды типа Э46А по ГОСТ 9467--75 марки УОНИ-13/45 диаметром 3,0 мм для сварки углеродистых и низколегированных сталей обозначаются так:

Э46А-УОНИ-13/45-3,0)-УД2

Е43 2(5)-Б10 Г0СТ 9466-75

ГОСТ 9467-75,

где Э -- электрод для дуговой  сварки; 46 -- минимальное гарантируемое  временное сопротивление разрыву, обусловленное ГОСТ 9467--75; А -- улучшенный тип электродов; буква У обозначает, что электроды предназначены  для сварки углеродистых и низколегированных  конструкционных сталей с временным  сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм2 (600 МПа); Д -- толщина покрытия; 2 -- вторая группа. В знаменателе цифры 43 2 (5) указывают характеристики наплавленного металла и металла шва; буква Б обозначает основной тип покрытия; 1 -- пространственное положение, в котором может выполняться сварка, О -- постоянный ток обратной полярности. Для электродов, применяемых для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 60 кгс/мм2 (600 МПа), после буквы Е тире не ставится. Для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами электроды согласно ГОСТ 10052--75 классифицируются по химическому составу наплавленного металла и его механическим свойствам. ГОСТ 10052--75 предусматривает 49 типов электродов. Обозначения типов электродов состоят из индекса Э и следующих за ним цифр и букв. Две цифры, стоящие после индекса, указывают среднее содержание углерода в наплавленном металле в сотых долях процента. Химические элементы, содержащиеся в наплавленном металле, обозначены следующими буквами: А -- азот, Б -- ниобий, В -- вольфрам, Г - марганец Д -- медь, М -- молибден, Н -- никель., С -- кремний, Т -- титан, Ф -- ванадий, X -- хром. Цифры, следующие за буквенными обозначениями химических элементов, указывают среднее содержание элемента в процентах. После буквенного обозначения элементов, среднее содержание которых в наплавленном металле составляет менее 1,5% цифры не проставляются.

Электроды для дуговой  наплавки регламентируются ГОСТ 10051--75 (типы электродов, которые характеризуются  химическим составом наплавленного  металла и его твердостью).

Основными требованиями для  всех типов электродов являются: обеспечение  стабильного горения дуги и хорошего формирования шва; получение металла  сварного шва заданного химического  состава; спокойное и равномерное  расплавление электродного стержня  и покрытия; минимальное разбрызгивание электродного металла и высокая  производительность сварки; легкая отделимость  шлака и достаточная прочность  покрытий; сохранение физико-химических и технологических свойств электродов в течение определенного промежутка времени; минимальная токсичность при изготовлении и при сварке.

В количество марок штучных  плавящихся электродов, применяемых  для сварочных и наплавочных  работ, составляет несколько сот. Примерно такое же количество марок электродов применяется и в других странах. Из этого количества марок около  десяти являются широко применяемыми для изготовления конструкций из обычных сталей, составляющих по объему производства - 90%. Другие марки, используемые отдельными небольшими или средними партиями, применяются для специфических  сварочных и наплавочных работ. К ним относятся электроды  для сварки среднелегированных и  особенно высоколегированных сталей, обеспечивающих получение специальных  физических свойств металла швов, электроды для сварки различных  цветных металлов и сплавов, наплавочные  и др. Именно эта группа электродов по мере развития производства сварных  конструкций подвергается наиболее интенсивным исследованиям, так  как находит чрезвычайно разнообразное  применение. Ряд марок со временем теряет свою актуальность, разрабатываются  и применяются новые марки, как  заменяющие старые, так и решающие новые задачи.

Многие сварочные материалы  разрабатываются и изготовляются  самими потребителями. Хотя их общее  использование в сварочном производстве количественно невелико, влияние  их правильного выбора на качество и эксплуатационные характеристики различных сварных конструкций  может быть решающим. Поэтому процесс  разработки новых сварочных материалов чрезвычайно важен, и многие работники  сварочного производства, работающие в различных научно-исследовательских  учреждениях, заводских лабораториях и других организациях, связаны с  их созданием и производством.

Разработка новых сварочных  материалов в основном базируется на проведении экспериментальных исследований, иногда очень трудоемких и дорогих. Это определяется наличием весьма разнообразных  факторов, которые необходимо учитывать  при разработке новых материалов: стоимость материалов, технологичность  их изготовлении и применения, обеспечение  определенных заданных свойств сварных или паяных соединений при различных способах изготовления конструкций, дефицитность исходных материалов, особенности их поставки и ряд других.

 

4. Технологическая часть 

 

Основные этапы  сварочных работ

При проведении сварочных  работ и изготовлении сварных  конструкций необходимо соблюдать  ряд требований, которые к ним  предъявляются. Основным в этом деле требованием является точное соответствие сварной конструкции эксплуатационному  предназначению.

Сварная конструкция должна быть очень прочной и надежной, жесткой, но при всех затратах труда  и материалов она должна быть экономичной.

Всего каждой конструкции  предстоит пройти несколько этапов.

Это процесс сборки и предшествующие ему составление проекта и  изготовление. На этапе составления  проекта необходимо рассмотреть  все варианты, в которых возможно скомпоновать схемы будущего изделия, а также выбрать методы, которыми будет изготовлено изделие, а  затем смонтировано.

Готовое изделие или конструкция  должна быть устойчивой и долговечной, - именно такие требования предъявляются  к ней по параметрам наработки.

Кроме того, изделию должна быть свойственна ремонтопригодность и высокая технологичность.

Под технологичностью подразумевают  возможность производства каждого  составляющего элемента конструкции  или непосредственно ее с помощью  самого высокопроизводительного оборудования, а также при минимальных затратах труда.

К примеру, можно использовать штамповку деталей, а не кислородную  вырезку.

Самые маленькие или отдельные  готовые составляющие элементы сварных  конструкций называются сварными узлами. Они представляют собой скрепленные  между собой несколько деталей  посредством сварочного процесса.

При сварочных работах  с использованием электрозаклепок возможны саморазрушения сварных конструкций за счет образования высоких внутренних напряжений.

Поэтому не рекомендуется  прибегать к нахлесточной сварке при работе с очень большими отверстиями или с теми, которые имеют диаметр меньше, чем 30 миллиметров.

Сварочным производством  называют совокупность нескольких технологических  операций, в результате которых получаются готовые сварные конструкции  или их составляющие части.

В процесс сварочного производства входят работы по заготовке, сборке, сварке, отделке. Дополнительными операциями считаются вспомогательные и  контрольно-проверочные работы.

Каждый комплекс перечисленных  работ состоит в свою очередь  из определенного набора мероприятий.

Заготовительный этап.

Остановимся подробнее на комплексе заготовительных работ  в сварочном производстве.

Заготовительные работы представляют собой процесс, в котором производятся заготовки для будущих сварных  деталей либо деталей, которые будут  использованы в сварных узлах.