Технология газовой сварки
 |
|
Типы сварных соединений и подготовка металла под сварку
В процессе сварки плавлением происходит расплавление основного, а в большинстве случаев и присадочного металлов. Регулирование степени расплавления присадочного металла при газовой сварке может быть осуществлено в весьма широких пределах. Степень расплавления основного металла определяется мощностью пламени, геометрическими размерами и теплофизическими свойствами металла.
Обычными сварочными горелками возможно в один проход проварить металл ограниченной толщины (для стали эта толщина около 15 мм). Однако без ущерба для производительности сварки проплавление основного металла лучше осуществлять на меньшую глубину (например, для стали до 4-5 мм). В то же время сварка тонкого металла (менее 0,8-1 мм) является затруднительной в связи с сильным его расплавлением. Поэтому при сварке применяется специальная подготовка кромок.
Основным типом сварного соединения является стыковое. При газовой сварке помимо стыковых часто применяются торцовые и угловые соединения (рис. 44). Стыковые соединения с отбортовкой кромок и торцовые соединения обычно свариваются без присадочного металла. Угловое соединение с наружным швом выполняется как с присадочным металлом, так и без него.
Соединения тавровые и внахлестку применяются при газовой сварке только для небольших толщин, так как при увеличении толщины резко ухудшается выполнение самой сварки, в связи с неравномерностью прогрева кромок и значительными короблениями при сварке. Сварка подобных соединений производится угловыми швами (рис. 45). При этом используются в основном вогнутые (облегченные) швы, широко применяемые в авиационной промышленности как более стойкие при знакопеременных нагрузках и дающие меньшие коробления.
В целях получения доброкачественных сварных соединений металл на кромках и вблизи от них (до 30-50 мм) должен быть перед сваркой зачищен от различных загрязнений (толстого слоя окислов, жировых пятен и пр.). Эта очистка производится либо механическими способами (пескоструйной очисткой, ручными или механизированными стальными щетками), либо химической очисткой. Иногда перед очисткой деталей щеткой производится прогрев газовым пламенем, отделяющий окислы от металла и сжигающий ряд других загрязнений.
Обычно перед сваркой осуществляется совместно со сборкой и закрепление элементов, подлежащих сварке, различными приспособлениями, а чаще всего прихватками (короткими швами). Общий принцип расположения прихваток показан на рис. 46.
При сварке длинных швов незакрепленных листов во избежание недопустимых деформаций сборка иногда выполняется с расширяющимся зазором (с разведением концов). Подготовка кромок, сборка и выполнение прихваток во многом определяют качественное выполнение сварки.
Режим и техника выполнения газовой сварки
Эффективность выполнения процесса газовой сварки определяется режимом сварки (мощностью пламени, скоростью сварки, диаметром присадочного металла) и техникой сварки (включающей расположение горелки и присадочного металла по отношению к свариваемому металлу, а также движение горелки и присадочного металла).
Мощность пламени определяется количеством сжигаемого в единицу времени горючего и обычно измеряется в л/ч.
Из практики установлено, что необходимая для сварки мощность пламени Va примерно пропорциональна толщине свариваемого металла:
где δ — толщина металла в мм;
R — коэффициент пропорциональности (л/ч·мм), равный для низкоуглеродистой стали 100-130, для чугуна и нержавеющей стали 75-100, для алюминия 100-150, для меди 150-225.
Средняя скорость перемещения пламени (υ в м/ч) по отношению к свариваемому металлу при ручной сварке на установившемся режиме прогрева и расплавления свариваемого металла также зависит от толщины:
где А — коэффициент, зависящий от свойств свариваемого металла и в некоторой степени от толщины (для стали средних толщин А = 12-15; для никеля А = 9 — 11).
Диаметр присадочного металла (обычно в виде прутков проволоки или литых стержней) выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла и его теплофизических свойств. В большинстве случаев диаметр присадки d берется от δ/2 до δ.
Большое значение для получения швов хорошего качества имеет техника сварки, позволяющая при сварке правильно вводить и распределять тепло в свариваемом изделии, проплавлять свариваемые кромки и присадочный металл, управлять жидким металлом сварочной ванны.
Распределение тепла, вводимого в свариваемое изделие, и влияние механического действия пламени зависят от угла наклона оси пламени к поверхности свариваемого металла (φ). Проплавление основного металла и скорость сварки также зависят от этого угла. При малом значении угла φ пламя как бы скользит по поверхности металла, мало его проплавляя, но, подогревая находящийся впереди металл, способствует его тепловой подготовки для последующего расплавления. При значении φ близком к 90° глубина проплавления увеличивается, а степень тепловой подготовки еще нерасплавленного металла уменьшается. В связи с этим сварка металлов малых толщин производится при малом значении угла φ. При сварке больших толщин расположение горелки изменяют, направляя пламя более вертикально. Ниже приводятся ориентировочные углы наклона пламени при сварке сталей:
При сварке легких металлов (алюминия, магния) угол наклона φ должен быть небольшим, чтобы избежать выдувания металла из ванны механическим действием пламени.
В процессе выполнения шва угол наклона пламени может меняться. В начале сварки, когда основной металл еще не подогрет, требуется держать угол φ большим, уменьшая его до нормальной величины в процессе сварки по мере разогрева свариваемого металла.
Важным фактором, влияющим на эффективность газовой сварки, является выбор способа, определяемого взаимным расположением пламени и присадочного металла по отношению к направлению сварки.
Существует два способа сварки: левый и правый.
При левом способе сварки (рис. 47, а) пламя направляется вперед на еще не сваренные кромки основного металла и располагается между сваренным участком шва и присадочным металлом. В этом случае кромки, подлежащие сварке, предварительно подогреваются как непосредственно пламенем, так и теплом, распространяющимся в результате теплопроводности металла. Этот способ эффективен при малой толщине (для стали при δ 5 мм).
При правой сварке металл шва в процессе охлаждения омывается пламенем и остывает несколько медленнее. Это позволяет в ряде случаев получать швы с лучшими свойствами металла, чем при левой сварке.
Выполнение швов при правом способе сложнее и требует соответствующих навыков сварщиков.
Для достижения наибольшей производительности труда при минимальной затрате материалов, в частности горючего, необходимо стремиться к максимальному сокращению тепловых потерь. Практика ручной газовой сварки показывает, что производительность труда сварщиков в зависимости от технических приемов может меняться на 30-50%.
Технические приемы сварки (включающие перемещения горелки и присадки) зависят от расположения шва в пространстве, формы подготовки кромок, толщины и свойств свариваемого металла.
Наиболее просто выполняются нижние швы, т. е. швы, расположенные на верхней горизонтальной плоскости свариваемого изделия. При выполнении нижнего шва с отбортовкой кромок (или торцового) применяется левая сварка, причем траектория перемещения горелки должна быть прямолинейной, без поперечных колебаний. При загрязненном металле для улучшения сплавления иногда приходится применять продольно-колебательные движения горелкой в вертикальной плоскости. При левой сварке стыковых швов при δ = 2-З мм, выполняемой без присадочного металла, применяются поперечные колебания горелки (рис. 48, а).
При увеличении толщины металла стыковые швы выполняются левой сваркой с применением присадочного металла, как указано на рис. 48, б (для δ=4-5 мм) и рис. 48, в (для δ > 5-6 мм).
Правая сварка при толщинах около 5-6 мм характеризуется в основном поперечными колебаниями присадки, а при больших толщинах — и горелки, и присадки (рис. 48, г). В последнем случае как пламя, так и присадка подводятся к кромкам синхронно, в отличие от левой сварки, когда пламя и присадка, как правило, располагаются на противоположных кромках (рис. 48, б и в).
Вертикальные швы (т. е. швы, расположенные отвесно на вертикальной плоскости), выполняются либо сверху вниз (при малых б), либо снизу вверх. Сварка сверху вниз выполняется правым способом; сварка снизу вверх выполняется как левым, так и правым способами.
При сварке толщин 2-8 мм весьма эффективной является сварка двойным валиком. При этом способе в нижней части стыка проплавляется сквозное отверстие. Пламя, располагаясь в этом отверстии и постепенно поднимаясь снизу вверх, расплавляет верхнюю часть отверстия. Этим расплавленным и присадочным металлом заполняется ванна, образующаяся на нижней поверхности этого отверстия (рис. 49).
При сварке горизонтальных швов (швов, расположенных горизонтально на вертикальной плоскости) металл ванны стремится стечь на нижнюю кромку. Поэтому сварку обычно выполняют правым способом (используя механическое поддерживание пламенем). При этом ванну держат несимметрично (с перекосом) по отношению к свариваемым кромкам (рис. 50).
Потолочные швы (швы, выполняемые на горизонтальной плоскости снизу, над головой сварщика) лучше формируются при правой сварке.
Во всех случаях весьма важным является использование присадочного металла:
1) для регулирования температуры ванны, которое осуществляется погружением и извлечением из нее присадки;
2) для защиты от расплавления кромок уже сваренного участка шва при правой сварке;
3) для поддержания ванны присадкой (при сварке горизонтальных и потолочных швов).
Пороки сварки, связанные с техникой ее выполнения
Большинство пороков сварных швов связано с техникой выполнения сварки. Рассмотрим основные из них.
Непровар — недостаточное сплавление или отсутствие сплавления кромок основного металла с металлом шва. Причинами непровара являются: неправильный выбор мощности пламени и скорости сварки; неправильное распределение тепла между кромками, а также неправильная разделка кромок (малый угол скоса, большое притупление); малый зазор или значительная загрязненность кромок окислами. Виды непроваров представлены на рис. 51.
Подрез (рис. 52, а) является следствием избыточного расплавления кромок основного металла при недостаточном количестве наплавляемого присадочного металла.
Наплыв (рис. 52, б) вызывается недостаточным прогревом и расплавлением верхней части кромок; наплывы в ряде случаев сопровождаются скрытым непроваром кромок.
В ряде случаев недостаточное расплавление присадочного металла приводит и к ослаблению сечения шва (рис. 52, в), что для большинства стыковых швов является недопустимым.
Сквозной прожог — порок, который может получаться при значительном нагреве основного (главным образом тонкого) металла у недостаточно квалифицированного сварщика.
Незаделанные кратеры в концах швов — порок, вызываемый невнимательностью сварщика.
Наплывы, подрезы, недостаточное сечение швов, незаделанные кратеры (и некоторые виды непроваров и прожогов) могут быть обнаружены при внешнем осмотре и замерах. Для обнаружения непроваров в большинстве случаев необходим, кроме того, осмотр швов с обратной стороны.
Пороки, обнаруживаемые при внешнем осмотре, называются наружными. В сварных швах, кроме наружных пороков, могут быть и внутренние, не обнаруживаемые при внешнем осмотре.
К внутренним порокам, помимо некоторых видов непроваров, относятся шлаковые включения и пористость.
Шлаковые включения появляются: при применении пламени с избытком кислорода; при недостаточном перемешивании ванны присадочным металлом; при слишком быстром застывании ванны вследствие недостаточного прогрева металла и т. д. Кроме того, причиной таких включений могут являться значительные загрязнения основного и присадочного металла и неправильное использование флюсов.
Пористость шва получается в результате выделения газов при охлаждении, когда они не успевают удаляться из металла. Причиной пористости при газовой сварке является неправильная регулировка пламени и чрезмерно быстрое остывание ванны в результате неправильной техники сварки.
Совершенно недопустимым пороком являются трещины, вызываемые низкими сварочными свойствами свариваемого металла, качеством присадочного металла, в частности его загрязнением различными примесями, а также неправильной технологической последовательностью сборочных и сварочных операций.
Кроме пороков макроструктуры, в сварных швах, выполненных газовой сваркой, иногда имеются и пороки микроструктуры, из которых наиболее характерными являются перегрев и пережог.
Перегрев связан с длительным воздействием нагрева и, как правило, приводит к весьма крупнозернистой структуре как металла шва, так и околошовной зоны основного металла. Такой крупнозернистый металл обладает худшими механическими свойствами.
Структура перегретого металла может быть исправлена общей или местной термической обработкой.
Пережог связан также с длительным нагревом и, кроме того, с окислительным действием пламени, приводящим к расположению окисных включений по границам зерен. Пережог резко ухудшает свойства металла и не может быть устранен последующей термической обработкой. При его обнаружении швы должны быть удалены и переварены вновь.
Пути повышения производительности газовой сварки
В ряде случаев применения сварки принципиально важным направлением является автоматизация и механизация процесса. Для газовой сварки в ее современном применении этот путь хотя и возможен, но не находит широкого применения в связи с заменой газовой сварки другими процессами в массовом производстве, в которых оправдывается применение специализированных автоматов.
При индивидуальных и мелкосерийных работах применение специализированных автоматов нерационально, поэтому следует рассмотреть пути возможного повышения производительности ручной газовой сварки, используемые сварщиками-передовиками.
При ручной сварке возможно применение больших мощностей пламени, чем используются обычно. Однако это требует высокой квалификации сварщиков и приводит к повышению производительности труда примерно на 20% при увеличении мощности пламени около 50%. Вопрос о рациональности применения этого метода должен решаться в каждом частном случае.
Применение жесткого пламени (т. е. пламени с повышенными скоростями истечения горючей смеси из горелок) приводит к большей концентрации нагрева и тем самым к увеличению производительности сварки. При этом скорость истечения при универсальных горелках может быть предельно увеличена на 20-30% от нормальных скоростей истечения. Сварка жестким пламенем еще более затруднительна, чем сварка пламенем повышенной мощности, в связи с усиленным выдуванием металла из сварочной ванны.
Более эффективным является применение «активированного» пламени, т. е. пламени с несколько повышенным количеством кислорода. При этом одновременно с повышением эффективности прогрева и расплавления будет происходить и окисление расплавленного металла. Для раскисления жидкого металла необходимо в ванну вводить достаточное количество раскислителей (при сварке углеродистых сталей обычно Si и Мn), которые, как правило, вводятся с присадочным металлом (например, для стали применяется присадочная проволока с содержанием Si 0,5-0,8% и Мn 0,8-1%). Добиваясь повышения производительности сварки, следует учитывать увеличение стоимости присадочного металла.
Распространенными формами повышения производительности газовой сварки являются также использование местного или общего предварительного подогрева перед сваркой с применением дешевого топлива (печи на коксовом газе, горны и пр.). Эти методы особенно эффективны при массовом производстве или заварке брака литых деталей.
Некоторые сварщики при сварке мелких деталей, умело располагая их на сварочном (обычно поворотном) столе, используют для предварительного подогрева тепло отходящих газов пламени, подогревающих следующую деталь при сварке предыдущей. Это приводит к повышению производительности сварки на 20- 40% без какого-либо увеличения расхода материалов.
Рациональные методы повышения экономичности газовой сварки должны изыскиваться в каждом отдельном случае ее применения.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
 |
 |
 |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
|
 НОВОСТИ |
| |
Различные способы сварки профильных труб под прямым углом
