Технология ручной дуговой сварки

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение            3

1. Цветные металлы и их сплавы        4

1.1 Медь и ее сплавы          6

1.2 Алюминий и его сплавы         7

1.3 Цинк и его сплавы          8

1.4 Магний и его сплавы         8

2. Ручная дуговая сварка цветных металлов и их сплавов           10

2.1 Выбор режима сварки                16

2.2 Возбуждение дуги и поддержание ее горения            22

2.3 Наплавка валика                 23

3. Сварка стыковых швов                 25

4. Сварка угловых швов                   28

Список литературы                 30          

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Сварка является одним из ведущих технологических процессов как в области машиностроения, так и в строительной индустрии.  Народное хозяйство нашей страны нуждается в современных машинах и уникальном оборудовании, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели при эксплуатации. При изготовлении различных видов машин и оборудования важнейшая роль принадлежит сварочной технике. На протяжении последних 50 лет сварка позволила создать уникальные машины, самолеты, ракеты, цилиндрические вертикальные стальные резервуары, доменные и цементные печи, металлические мосты, котлы, газопроводы и трубопроводы различного диаметра и неограниченной протяженности, а также речные, морские и океанические суда, атомные электростанции и многое другое.  Несмотря на большие масштабы использования в промышленности различных видов механизированной сварки, объем применения ручной дуговой сварки сегодня не только не снижается, но и возрастает, что связано с созданием новых материалов и нового оборудования для ручной дуговой сварки.  Создаются новые марки электродов для сварки металлических конструкций, изготовляемых из самых различных марок стали; высокопроизводительные электроды с железным порошком в покрытии; специальные марки электродов, позволяющие выполнять сварку в различных пространственных положениях, включая сварку сверху вниз и сварку наклонным электродом.

Большое внимание уделяется разработке и созданию нового сварочного оборудования, включая источники питания сварочной дуги, оснастку и др.

По уровню развития сварочного производства Советский Союз занимает в настоящее время одно из ведущих мест среди высокоразвитых в промышленном отношении стран.

 

1.Цветные металлы и их сплавы

 

Цветная металлургия - отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на благородные, тяжелые, легкие и редкие. В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет.

 Цветные металлы — техническое название всех металлов и их сплавов (кроме железа и его сплавов, называемых черными металлами).

Цветные металлы весьма востребованы в нашей стране, их производство широко распространено во всех регионах.

В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.

Области применения отдельных цветных металлов и сплавов на их основе весьма разнообразны. Медь и ее сплавы широко используют в химическом машиностроении, для изготовления трубопроводов самого различного назначения, емкостей, различных сосудов в криогенной технике, в электроэнергетике и т. п.

 Алюминий и его сплавы применяют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности.

Сплавы на основе алюминия широко применяют для самолетов, ракет, судов, в строительстве и электроэнергетике.

В связи с их сравнительно высокой прочностью при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах и высокими механическими свойствами при низких температурах.

Некоторые металлы (медь, магний, алюминий) обладают сравнительно высокими теплопроводностью и удельной теплоемкостью, что способствует быстрому охлаждению места сварки, требует применения более мощных источников теплоты при сварке, а в ряде случаев предварительного подогрева детали.

Для некоторых металлов (медь, алюминий, магний) и их сплавов наблюдается довольно резкое снижение механических свойств при нагреве, в результате чего в этом интервале температур металл легко разрушается от ударов, либо сварочная ванна даже проваливается под действием собственного веса (алюминий, бронза).

Все цветные сплавы при нагреве в значительно больших объемах, чем черные металлы, растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. Особенно активные в этом смысле более тугоплавкие и химически более активные металлы: титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден. Эту группу металлов часто выделяют в группу тугоплавких, химически активных металлов.

Основные цветные металлы:

Алюминий — это цветной металл, который обладает высокой электропроводностью, хорошей пластичностью, но имеет низкие механические свойства. Различают алюминий первичный и вторичный.

Медь — это металл, который является наиболее распространенным среди цветных, обладающим высокой пластичностью, электропроводностью и теплопроводностью.

 Медь хорошо сплавляется  со многими металлами, образуя  сплавы, которые широко используются  в машиностроении.

Цинк — это цветной металл, который при обыкновенной температуре хрупок, но при нагреве до 100-150 градусов хорошо куется и прокатывается.

 Цинк устойчив против коррозии, однако разрушается под действием  кислот и щелочей. Температура  плавления — 419 градусов.

1.1 Медь и ее сплавы

 

Медь - металл красного, в изломе розового цвета. Медь относится к металлам, известным с глубокой древности.

 

Технически чистая медь обладает высокой пластичностью и коррозийной стойкостью, высокой электропроводностью и теплопроводностью (100% чистая медь-эталон, то 65%-алюминий, 17% железо), а также стойкостью против атмосферной коррозии. Позволяет использовать ее в качестве кровельного материала ответственных зданий.

 

Температура плавления меди 1083°С. Кристаллическая решетка ГЦК. Плотность меди 8,94 г/см3 . Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением (из меди можно сделать фольгу толщиной 0,02 мм), плохо резанием.

На свойства меди большое влияние оказывают примеси: все, кроме серебра и бериллия ухудшают электропроводность.

Стоимость чистой меди постоянно повышается, а мировые запасы медной руды, по различным оценкам, истощатся в ближайшие 10-30 лет.

Медь маркируют буквой М, после которой стоит цифра. Чем больше цифра, тем больше в ней примесей. Наивысшая марка М00 - 99,99% меди, М4 - 99% меди.

1.2 Алюминий и его сплавы

 

Алюминий - металл серебристо-белого цвета. Температура плавления 650°С. Алюминий имеет кристаллическую ГЦК решетку. Алюминий обладает электрической проводимостью, составляющей 65% электрической проводимости меди. Алюминий занимает 3 место по распространению в земной коре после кислорода и кремния.

 

 Алюминий устойчив  против атмосферной коррозии  благодаря образованию на его  поверхности плотной окисной  пленки. Наиболее важной особенностью  алюминия является низкая плотность - 2,7г/см3 против 7,8г/см3 для железа и 8,94г/см3 для меди. Имеет хорошую тепло- и электропроводность. Хорошо обрабатывается давлением.

Маркируется буквой А и цифрой, указывающей на содержание алюминия. Алюминий особой чистоты имеет марку А999 - содержание Al в этой марке 99,999%. Алюминий высокой чистоты - А99, А95 содержат Al 99,99% и 99,95% соответственно. Технический алюминий - А85, А8, А7 и др.

Применяется в электропромышленности для изготовления проводников тока, в пищевой и химической промышленности. Алюминий не стоек в кислой и щелочной среде, поэтому алюминиевая посуда не используется для маринадов, солений, кисломолочных продуктов.

 

Применяется в качестве раскислителя при производстве стали, для алитирования деталей с целью повышения их жаростойкости. В чистом виде применяется редко из-за низкой прочности - 50 МПа.

1.3 Цинк и его сплавы

 

Цинк - вязкий металл голубовато-серого цвета. Металл с небольшой температурой плавления (419 градусов С) и высокой плотностью (7,1 г/см3). Прочность цинка низкая (150 МПа) при высокой пластичности.

Цинк применяют для горячего и гальванического оцинкования стальных листов, в полиграфической промышленности, для изготовления гальванических элементов.

 Его используют как добавку  в сплавы, в первую очередь  в сплавы меди (латуни и т.д.), и как основу для цинковых  сплавов, а также как типографский металл.

В зависимости от чистоты цинк делится на марки ЦВ00 (99,997% Zn), ЦВ0 (99,995% Zn), ЦВ (99,99% Zn), Ц0А (99,98% Zn), Ц0 (99,975% Zn), Ц1 (99,95% Zn), Ц2 (98,7% Zn), ЦЗ (97,5% Zn).

Цинковые сплавы широко применяются в машиностроении и разделяются на сплавы для литья под давлением, в кокиль, для центробежного литья и на антифрикционные сплавы. Основными легирующими компонентами цинковых сплавов являются алюминий, медь и магний. Отливки из цинковых сплавов легко полируются и воспринимают гальванические покрытия.

 

1.4 Магний и его сплавы

 

Магний - металл серебристо-белого цвета. Температура плавления магния 650°С. Кристаллическая решетка гексагональная. Отличается низкой плотностью (1,74 г/см3), хорошей обрабатываемостью резанием, способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки.

 

В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния: Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95% Mg), Мг90 (99,90% Mg), магний высокой чистоты (99,9999% Mg).

Магний химически активный металл, легко окисляется на воздухе. Чистый магний из-за низких механических свойств (временное сопротивление 100-190 МПа, относительное удлинение 6-17%, твердость 30-40НВ) как конструкционный материал практически не применяют.

Его используют в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических соединений, в металлургии различных металлов и сплавов как раскислитель, восстановитель и легирующий элемент.

 Сплавы на основе  магния:

Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Предел прочности магниевых сплавов достигает 250-400 МПа при плотности менее 2 грамм на кубический сантиметр. Сплавы в горячем состоянии хорошо куются, прокатываются и прессуются.

 Магниевые сплавы хорошо  обрабатываются резанием (лучше, чем  стали, алюминиевые и медные сплавы), хорошо шлифуются и полируются. Удовлетворительно свариваются контактной и дуговой сваркой в среде защитных газов.

К недостаткам магниевых сплавов наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости следует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении.

Цветная металлургия является одной из наиболее конкурентоспособных отраслей промышленности России, причем российские компании в ряде подотраслей (алюминиевой, никелевой, титановой) входят в группу мировых лидеров. Достижения участников рынка в мировом масштабе стало возможным благодаря активной инвестиционной политике предприятий отрасли.

Так, например, объем инвестиций в 2006 году по сравнению с показателями 2000 года увеличился в 2,5 раза, и составляет 80 млрд. руб., а объем иностранных инвестиций вырос почти в 10 раз, достигнув 4,5 млрд. долл. При этом суммарный объем инвестиций в строительство и реконструкцию металлургических мощностей составляет в 2007-2010 гг. более 220 млрд. руб

2. РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ

Дуговая сварка покрытым электродом используется лишь для двух видов цветных металлов: алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов. Основные достоинства конструкций из алюминиевых сплавов: малая плотность, высокая удельная прочность, высокая коррозионная стойкость. Это обусловливает их повсеместное распространение. Для сварных конструкций используются деформируемые алюминиевые сплавы. Они при нагреве и деформации не склонны к растрескиванию.

Одна из главных проблем при сварке алюминия и его сплавов - высокая химическая активность алюминия: он образует на поверхности окисную пленку А1203 с температурой плавления 2050 °С, которая не расплавляется в процессе сварки и покрывает металл прочной оболочкой, затрудняя образование сварочной ванны. Частицы пленки, попадающие в шов, снижают механические свойства сварных соединений, их работоспособность.

Для осуществления сварки должны быть приняты меры по разрушению и удалению пленки и защите металла от повторного окисления. Вследствие большой химической прочности А1203 восстановление алюминия из окисла в условиях сварки практически невозможно. Не удается также связать А1203 в прочные соединения сильной кислотой или щелочью. Поэтому действие шлаков для сварки алюминия основано на процессах растворения и смывания разрушающейся окисной пленки расплавленным шлаком. При подготовке деталей из алюминиевых сплавов под сварку с кромок удаляют поверхностные загрязнения с помощью органических растворителей.

Широко применяется травление по следующей технологии: обезжиривание в растворителе, травление в концентрированной щелочи NaOH (45...50 г/л) в течение 1...2 мин, промывка в холодной воде, осветление (пассивирование) в 30 %-м водном растворе HNO3 в течение 2 мин, промывка в холодной воде и сушка сжатым воздухом.