Повышение производительности сварки
Протекающие в дуге многоообразные физические явления вызывают как положительные, так и отрицательные эффекты в процессе сварки, усиливаемые или ослабляемые путем изменения разнообразных физических факторов. Наиболее общей характеристикой производительности труда (главного показателя электродугового сварочного процесса) является площадь свариваемых кромок в единицу времени. Как в случае получения швов главным образом за счет основного металла без разделки кромок, так и за счет присадочного, повышение производительности сварки достигается за счет следующих факторов :
Еще страницы, имеющие относшение к теме
Повышение производительности сварки
1. Увеличение тока дуги. При этом возрастают масса расплавленного металла обоих электродов в единицу времени и глубина провара, особенно на обратной полярности. Верхний предел тока определяется толщиной свариваемого изделия и скоростью сварки. Глубина проплавления не должна превышать толщины кромок изделия. В настоящее время для дуговой сварки применяются токи до 2000 а. Диапазон больших токов пока не исследован.
2. Повышение концентрации нагрева путем увеличения плотности тока в дуге и уменьшения площади блуждания ее пятен по поверхности электродов. Эти меры содействуют увеличению давления дуги на металл и глубины проплавления изделия; осуществляются увеличением потенциала ионизации дугового газа и ограничением области существования дуги различными способами (флюсом, соплами и т. д.).
3. Повышение дугового напряжения главным образом за счет приэлектродных его падений. Это приводит также к росту скорости плавления электродов и увеличению глубины проплавления; осуществляется за счет увеличения потенциала ионизации дугового газа и его теплопроводности.
4. Снижение перегрева расплавленного металла электродов выше температуры плавления. Этим достигается увеличение его количества, расплавленного в единицу времени при заданной мощности дуги. Обеспечивается различными методами содействия крупнокапельному переносу металла.
5. Увеличение доли жидкого металла, переносимого каплями с расплавленного конца электрода. Достигается уменьшением сил, удерживающих каплю, и увеличением отрывающих сил.
6. Повышение скорости расплавления присадочного металла путем предварительного его подогрева за пределами дуги. Достигается увеличением вылета плавящегося электрода и плотности тока в нем.
7. Уменьшение разбрызгивания металла. Определяющие его факторы в полной мере неизвестны и требуют дальнейшего изучения. Однако в общем виде можно отметить, что стабилизация величины и направления сил, действующих на расплавленный металл электрода проволоки, содействуют уменьшению разбрызгивания.
Некоторые из перечисленных рекомендаций по повышению производительности сварки в ряде случаев не могут быть приняты, так как ведут к нежелательному течению металлургических процессов образования сварных швов, которые здесь не рассмотрены. Однако можно сказать, что для благоприятного протекания всех процессов получения сварного соединения с помощью электрической дуги должно быть соблюдено главное условие — устойчивость всех составляющих этих процессов. В свою очередь, они определяются устойчивостью дуги.
Источник
Методы, повышающие производительность труда при сварке
Повышение производительности ручной дуговой сварки является весьма актуальной задачей в связи с тем, что в промышленности, строительстве и других, отраслях народного хозяйства ручной сваркой занимаются еще десятки тысяч рабочих-электроварщиков.
К чисто организационным мероприятиям повышения производительности труда сварщиков относятся: своевременное обеспечение сварщиков исправным, подключенным к сети сварочным оборудованием, сварочными материалами (электродами, защитным газом), сварочным инструментом, шлангами, кабелем, спецодеждой, средствами индивидуальной защиты; предоставление сварщику оборудованного рабочего места и обеспечение безопасных подходов к нему; своевременное предоставление сварщику подготовленных для сварки деталей, конструкций и технологической документации (инструктивных указаний) по технологии сварки; обеспечение сварщика необходимыми производственно-бытовыми условиями.
К организационно-техническим мероприятиям относятся: своевременное и быстрое обслуживание сварщика квалифицированным электромонтажником для подключения оборудования и устранения неисправностей; обеспечение наиболее рациональным инструментом (электрододержателем, инструментом для зачистки швов и др.); обеспечение приспособлениями для быстрого поворота изделий или их кантовки; изготовление наиболее эффективных конструкций с минимальным количеством наплавленного металла в готовом изделии. Четкое выполнение организационных и организационно-технических мероприятий наряду с внедрением прогрессивных форм организации труда (бригадный подряд, внедрение оплаты с учетом КТУ и др.) обеспечит повышение производительности труда не менее чем на 15—20 %.
Большое значение имеют технические мероприятия, внедрение которых в последнее время замедлилось из-за отсутствия инициативы и стремления к их осуществлению, неправильной организации труда.
Важным техническим мероприятием является внедрение электродов с повышенным коэффициентом наплавки αн. Из гл. 10 известно, что масса наплавленного металла Мн, кг, зависит от αн и /св
где t0 — время горения дуги.
У применяемых электродов αн = 8—9 г/(А-ч), Между тем уже давно созданы электроды АНО-1 с αн = 15 г/(А-ч), ОЗС-З —15 г/(А-ч), ЗРС-1 — 14 г/(А-ч) и др. Их изготовление несколько затруднено ввиду наличия в покрытии железного порошка, однако эти трудности безусловно окупятся резким повышением производительности труда сварщиков примерно на 30—40 %.
Еще в пятидесятые годы широко применялась сварка способом опирания (рис. 20.1) (погруженной дугой, ультракороткой дугой — УКД). При сварке этим способом электрод опирался на деталь чехольчиком покрытия и затем под легким нажимом сварщика самостоятельно плавился полузакрытой дугой, наплавляя валик металла в стыковое или угловое соединение. Для сварки опиранием не требовалось высокой квалификации сварщика, нужны были только его небольшие практические навыки. Электроды для этой сварки применялись с повышенной толщиной покрытия (отношение Djd> 1,8), сила сварочного тока допускалась на 20—40 % выше обычной по формуле /св = = (60—70) dэ. В результате скорость сварки увеличивалась примерно на 40—50 %, увеличивалась глубина провара, разбрызгивание было минимальным. Этот способ успешно применялся, особенно для сварки однопроходных угловых и стыковых швов.
Рис. 20.1. Сварка опираннем электрода на стык
Для соединения стыков арматуры в арматурных каркасах и железобетонных конструкциях широко применяют ванный способ сварки в стальной, медной или графитовой форме (рис. 20.2), при этом соединяемые стержни арматуры закрепляются в стальной форме прихватками.
Рис. 20.2. Ванная сварка одиночным электродом (а), гребенкой электродов (б)
1 — свариваемые стержни; 5 —форма; 3 — ванна расплавленного металла; 4 — фланговый шов
В случае применения медных или графитовых форм концы стержней выравнивают для совпадения осей н закрепляют в инвентарной форме. Дугу возбуждают на торцах стержней в нижних углах и по мере расплавления электрода образуют ванну расплавленного металла, которую поддерживают до конца сварки, быстро меняя электроды. При окончании сварки погружают электрод в ванну несколько раз, добиваясь образования усиления.
При необходимости получения соединения высокой прочности заваривают фланговые швы. Сварку можно вести гребенкой из 2—4 электродов на большом Токе, что значительно ускоряет процесс образования шва. Для сварки арматуры класса I применяют электроды Э42, Э46, Э42А и Э46А; класса II — электроды Э50А, Э55; класса III — электроды Э55, Э60А. Сварочный ток при ванной сварке применяют: для нижней сварки /св= (50-55)dэ, а для вертикальной /св= (45—50)dэ.
В случае сварки гребенкой электродов ток соответственно увеличивают. Ванная сварка в формах (особенно в инвентарных медных или графитовых) увеличивает производительность труда в 2—3 раза по сравнению со сваркой с накладками, а также обеспечивает экономию электроэнергии и металла. Еще больший эффект обеспечивает механизированная ванная сварка.
Повышение производительности труда при сварке однопроходных вертикальных швов способом сверху вниз обеспечивает применение новых электродов марки АНО-29М. Эти электроды Э46 имеют покрытие рутин-целлюлозного типа и предназначены для сварки низкоуглеродистых сталей постоянным или переменным током. Положительным свойством этих электродов является возможность сварки вертикальных швов сверху вниз на таком же токе, как при нижней сварке. При этом достигается увеличение катета и площади углового шва, повышается скорость сварки, а вследствие более глубокого проплавления экономится металл. Электроды имеют гибкое покрытие, позволяющее свернуть электрод кольцом, для возможности сварки в труднодоступных местах.
Некоторое повышение производительности труда достигается применением импульсно-дуговой сварки и сварки пульсирующей дугой. При импульсно-дуговой сварке происходит наложение на дугу импульсов переменного тока высокой частоты с помощью специального прибора — инвертора (рис. 20.3), что способствует лучшей устойчивости дуги, облегчению процесса сварки в вертикальном и потолочном положении и главное — улучшению качества сварного шва.
Рис. 20.3. График наложения импульсов
переменного тока Ju с частотой 2500 Гц на дугу постоянного тока /п
При сварке пульсирующей дугой переменного тока применяют тиристорные трансформаторы ТДЭ-402 для обеспечения тиристорной пульсации тока или используют приставку к сварочному трансформатору — отдельный импульсный трансформатор, вторичная обмотка которого включена параллельно вторичной обмотке сварочного трансформатора. Результаты сварки пульсирующей дугой аналогичны результатам импульсно-дуговой сварки.
При сварке трехфазной дугой выделяется большое количество тепла, и производительность наплавки растет, так как ток подводится к изделию одновременно от трех фаз трансформатора. Для осуществления ручной сварки нужно применять спаренные изолированные электроды и специальные электрододержатели, позволяющие подводить ток к каждому электроду отдельно от каждой фазы. Наиболее эффективно этот способ ручной сварки применяют для заварки дефектов стального литья и наплавки, где требуются большие объемы наплавленного металла. Ручная сварка деталей применяется редко, так как трудно обеспечить равномерность провара и качество шва, в основном применяют автоматизированную сварку трехфазной дугой.
Источник
Пути повышения производительности труда при сварке
Повышение производительности сварки
Темы: Технология сварки.
Протекающие в дуге многоообразные физические явления вызывают как положительные, так и отрицательные эффекты в процессе сварки, усиливаемые или ослабляемые путем изменения разнообразных физических факторов. Наиболее общей характеристикой производительности труда (главного показателя электродугового сварочного процесса) является площадь свариваемых кромок в единицу времени. Как в случае получения швов главным образом за счет основного металла без разделки кромок, так и за счет присадочного, повышение производительности сварки достигается за счет следующих факторов:
1. Увеличение тока дуги. При этом возрастают масса расплавленного металла обоих электродов в единицу времени и глубина провара, особенно на обратной полярности. Верхний предел тока определяется толщиной свариваемого изделия и скоростью сварки. Глубина проплавления не должна превышать толщины кромок изделия. В настоящее время для дуговой сварки применяются токи до 2000 а. Диапазон больших токов пока не исследован.
2. Повышение концентрации нагрева путем увеличения плотности тока в дуге и уменьшения площади блуждания ее пятен по поверхности электродов. Эти меры содействуют увеличению давления дуги на металл и глубины проплавления изделия; осуществляются увеличением потенциала ионизации дугового газа и ограничением области существования дуги различными способами (флюсом, соплами и т. д.).
3. Повышение дугового напряжения главным образом за счет приэлектродных его падений. Это приводит также к росту скорости плавления электродов и увеличению глубины проплавления; осуществляется за счет увеличения потенциала ионизации дугового газа и его теплопроводности.
4. Снижение перегрева расплавленного металла электродов выше температуры плавления. Этим достигается увеличение его количества, расплавленного в единицу времени при заданной мощности дуги. Обеспечивается различными методами содействия крупнокапельному переносу металла.
5. Увеличение доли жидкого металла, переносимого каплями с расплавленного конца электрода. Достигается уменьшением сил, удерживающих каплю, и увеличением отрывающих сил.
6. Повышение скорости расплавления присадочного металла путем предварительного его подогрева за пределами дуги. Достигается увеличением вылета плавящегося электрода и плотности тока в нем.
7. Уменьшение разбрызгивания металла. Определяющие его факторы в полной мере неизвестны и требуют дальнейшего изучения. Однако в общем виде можно отметить, что стабилизация величины и направления сил, действующих на расплавленный металл электрода проволоки, содействуют уменьшению разбрызгивания.
Некоторые из перечисленных рекомендаций по повышению производительности сварки в ряде случаев не могут быть приняты, так как ведут к нежелательному течению металлургических процессов образования сварных швов, которые здесь не рассмотрены. Однако можно сказать, что для благоприятного протекания всех процессов получения сварного соединения с помощью электрической дуги должно быть соблюдено главное условие — устойчивость всех составляющих этих процессов. В свою очередь, они определяются устойчивостью дуги.
Вопрос 29
Особенности сварки чугуна.
Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие углерода свыше 2,0%. Распространенные марки чугунов обычно содержат 2,5 — 4% углерода, 1 — 4,5% кремния, 0,2 — 1,5% марганца, примесь фосфора и серы.
Углерод в чугуне находится либо в химически связанном состоянии (карбиды железа в виде ледебурита, первичного и вторичного цементита), либо в свободном состоянии, т. е. в виде графита. Поэтому структура чугуна зависит от количества углерода, находящегося в химически связанном состоянии и может быть: перлито-графитовая; феррито-перлито-графитовая; феррито-графитовая. Чугуны различают по структуре, способам изготовления, химическому составу и назначению.
В зависимости от структуры различают следующие виды чугунов: белый и серый.
Белые чугуны содержат большую часть углерода, который находится в виде цементита, а меньшую часть в виде перлита. Эти чугуны очень хрупки, тверды, применяются редко и сварке не подлежат.
Серые чугуны содержат в своем составе углерод в виде структурного свободного графита, а основную металлическую часть чугуна в виде феррита и перлита.
По способу изготовления различают отЛивки из обычного и отливки из модифицированного чугуна. По химическому составу чугуны бывают нелегированные и легированные.
В зависимости от формы свободного углерода различают три вида серых Чугунов: серый чугун с пластинчатым графитом, характеризующийся низкой пластичностью и прочностью; серый чугун с графитом завихренной или глобулярной формы (модифицированный чугун); ковкий чугун — чугун, имеющий форму графита в виде хлопьев.
Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и от содержания в нем легирующих примесей. На рис. 85, а представлена схема влияния элементов на отбеливаемость чугуна. При низком содержании углерода и кремния получается белый чугун.
На рис. 85,6 показана зависимость структуры чугуна от содержания углерода и кремния, а на рис. 85, в — зависимость структуры от скорости охлаждения.
Чугун, основой которого является железо, содержит следующие химические элементы: углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, магний и легирующие компоненты в виде хрома, никеля, молибдена и др.
Повышение содержания углерода в сплаве железо плюс углерод, вызывает снижение температуры плавления и повышение его жидкотекучести, что является одной из причин невозможности сварки чугуна во всех пространственных положениях. Углерод в чугуне способствует выделению структурно-свободного графита, что снижает механические свойства чугуна.
Кремний в чистом железе растворяется до 14,3%. Он уменьшает устойчивость карбидов и способствует выделению свободного графита. Увеличение содержания кремния в чугуне уменьшает усадку чугуна при затвердевании за счет увеличения количества выделяющегося графита. Чем выше содержание кремния, тем выше графито-образовапие, т. е. кремний способствует графитизации чугуна.
Марганец, молибден, хром, сера, ванадий препятствуют образованию графита.
Марганец с железом образует растворы любой концентрации и обладает большим сродством к сере, углероду и кислороду и находится в виде сульфида марганца (MnS) и железомарганцевого карбида [(Fе·Мn)3·С].
Сернистый марганец плохо растворяется в жидком и твердом чугуне. Марганец является стабилизатором карбида. При увеличении содержания марганца увеличивается усадка чугуна и металл приобретает склонность к образованию горячих трещин.
Сера с железом образует сульфид железа (FeS), который представляет собой твердое, хрупкое вещество. Сульфид железа с железом образует эвтектику с температурой плавления 953° С. Эвтектика, затвердевая несколько позже основного металла (чугуна), выделяясь по границам зерен, способствует образованию горячих трещин.
Фосфор в железе растворяется до 0,3%, но образует тройную эвтектику железа, цементита и фосфористого железа, которая представляет хрупкое вещество с температурой плавления 950 — 980° С. Эвтектика увеличивает жидкотекучесть чугуна. Фосфор не отбеливает и не графитизирует чугун. Увеличение фосфора в чугуне увеличивает его жидкотекучесть.
Магний, являющийся стабилизатором карбидов, способствует отбелу чугуна, но он, добавляемый в жидкий чугун, способствует выделению графита шаровидной формы.
В чугуне могут образовываться следующие структурные составляющие:
феррит — твердый раствор углерода в α — железе;
цементит — химическое соединение железа с углеродом;
перлит — смесь феррита с цементитом;
ледебурит — эвтектическая смесь цементита и перлита;
графит — особая форма углерода, наиболее мягкая и вместе с тем хрупкая составляющая чугуна.
Способы сварки
Сварка чугуна применяется в ремонтных целях и для изготовления сварнолитых конструкций. К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от типа и условий эксплуатации предъявляют требования по механической прочности, плотности (водонепроницаемость, газонепроницаемость) и обрабатываемости режущим инструментом. Обеспечить эти требования при сварке весьма сложно из-за физико-химических особенностей чугуна.
Трудности, возникающие при сварке чугуна, обусловлены, как правило, низкой стойкостью металла сварного соединения против образования трещин и плохой его обрабатываемостью на Механических станках.
Низкая стойкость основного металла и металла околошовной зоны против образования трещин характерна для чугуна пониженным запасом деформационной способности (пониженная прочность и пластичность).
Указанные особенности чугуна являются следствием нарушения сплошности его металлической основы включениями графита, а также склонностью его к отбелке и закалке даже при небольших скоростях охлаждения. Эти свойства чугуна определяются высоким содержанием углерода в нем.
Соединение чугунных деталей между собой выполняют газовой сваркой, пайкой, термитной сваркой, литейной сваркой, электродуговой сваркой и электрошлаковой, Сварку ведут без подогрева (холодный способ сварки), с местным подогревом и с общим подогревом всего изделия. Для дуговой сварки используют угольные, графитовые, стальные и легированные электроды, а также электроды из цветных металлов. Подготовку мест под сварку выполняют механическим путем или огневым способом. Для удержания расплавленного металла сварочной ванны (чугун жидкотекуч) применяют специальные формовки. Назначение формовки — удерживать расплавленный металл. Формовочная масса имеет следующий состав: кварцевый песок, замешанный на жидком стекле 40%, формовочная зеМЛя 30% и белая глина 30%.
Подготовленная к сварке деталь подвергается общему или местному подогреву до температуры 350 — 450° С. Иногда для особо сложных деталей подогрев производят до температуры 550 — 600° С.
Сварку выполняют как на переменном, так и на постоянном токе. Величину тока подбирают из расчета 50 — 90 а на 1 мм диаметра электрода.
Техника и технология сварки
Электродуговая сварка угольным электродом. При электродуговой сварке угольным электродом применяют в качестве электродов угольные или графитовые стержни. Присадочным материалом служат прутки чугуна, а для защиты и раскисления ванны применяют флюс, состоящий из технической безводной буры (Na2B4O7), прокаленной при температуре около 400° и растертой в порошок. Иногда в качестве флюса применяют смесь, состоящую из 23% технической буры, 27% соды (Са2СO3) и 50% азотнокислого натрия (NaNO3).
Электродуговая сварка чугунным электродом. В качестве электродов применяют литые стержни диаметром 8 — 12 мм. На стержни наносят специальные графитизирующие покрытия. Сварку производят на постоянном токе при обратной полярности как в горячем, так и в холодном состоянии. В состав покрытия входит графит, ферросилиций, термит, мрамор, алюминий (порошок), титановая руда и жидкое стекло.
Наплавка и сварка по способу Ростовского института инженеров транспорта. По этому способу наплавку производят чугунным электродом диаметром 7 — 8 мм по слою гранулированной шихты.
Применение.большого тока, графитизаторов и защитного слоя шихгы приводит к тому, что наплавленный металл получается мягким и обрабатывается обычным режущим инструментом. Отсутствие закалки в металле шва и в переходных зонах основного металла объясняется значительным разогревом основного металла и замедленным охлаждением. Этот способ занимает промежуточное положение между горячим и холодным способами сварки чугуна. Шихта состоит из чугунной стружки 30%, ферросилиция 20%, алюминия 30% и силикокальция 12%. Основой служит жидкое стекло.
Холодная сварка чугуна. Холодная сварка чугуна — это такой способ сварки, когда местный или общий подогрев изделия отсутствует. Холодную сварку чугуна производят стальными электродами, электродами из цветных металлов и электродами из аустенитного чугуна.
Сварка стальными электродами. При сварке стальными электродами с целью образования прочного наплавленного металла, в чугунное изделие завертывают шпильки, которые впоследствии обваривают. Такой способ применяют при ремонте тяжелых и громоздких чугунных деталей. При сварке чугуна стальными электродами металл шва обычно содержит повышенное количество углерода, вследствие чего имеет высокую твердость и подвержен образованию кристаллизационных и холодных трещин. Для снижения твердости металла шва при сварке стальными электродами применяют два способа.
Первым способом снижают в металле шва содержание углерода путем уменьшения глубины проплавления основного металла или процесс сварки ведут по слою окислительного флюса, содержащего до 30% окалины, где флюс выполняет функцию окислителя углерода.
Вторым способом получают химический состав и структуру металла шва, близкую по химическому составу и структуре серого чугуна, это достигается путем нанесения на стержень из углеродистой стали толстого графитизирующего покрытия, содержащего 30% ферросилиция и 30% графита.
Сварка медножелезными электродами. Для сварки чугуна применяют также и медножелезные электроды Покрытие этих электродов состоит из основного типа, содержащее железный порошок. В качестве стержней применяют медь марки М2, МЗ или ее сплавы.
Наиболее распространенными типами электродов являются электроды марки ОЗЧ-1 и МНЧ-1. Наплавленный металл этих электродов хорошо обрабатывается. Сварное соединение чугуна, выполненное этими электродами представляет собой механическую смесь меди и железоуглеродистого сплава, соединенного с основным металлом общими кристаллами стали, а также путем частичной диффузии меди в микропоры чугуна.
Сварка железоникелевыми электродами. Электроды марки ЦЧ-3 и ЦН-ЗА изготавливают из железоникелевой проволоки с покрытием фтористо-карбонатного типа и применяют для сварки высокопрочных и серых чугунов.
Электродуговая сварка электродами из аустенитного чугуна с токоподводящей обмазкой. Эти электроды предназначены для заварки дефектов литья и ремонтной сварки. Сварку этими электродами ведут постоянным током при прямой полярности. Обмазка этих электродов имеет хорошую электропроводность и поэтому дуга горит попеременно между металлическим стержнем и изделием, а также между обмазкой и изделием.
Механизированные способы сварки чугуна. Чугун иногда сваривают полуавтоматической и электрошлаковой сваркой. Полуавтоматическая сварка выполняется с применением порошковой проволоки и дает достаточно хорошие результаты. Электрошлаковая сварка также обеспечивает удовлетворительные свойства сварного соединения из серого чугуна. При этом способе сварки применяют в качестве электродов литые чугунные пластины. Правильный подбор электродов при электрошлаковой сварке и применение фторидных обессеривающих и неокислительных флюсов, а также замедленное остывание шва и околошовной зоны, что характерно только для электрошлаковой сварки, позволяют получить сварные швы без отбеленных участков, трещин, пор и других дефектов, влияющих на качество сварного соединения.
Источник: Электросварка. В. П. Фоминых А. П. Яковлев
Источник
