Файл: Евгений Максимович Костенко Сварочные работы Практическое пособие для.pdf

Евгений Максимович Костенко
Сварочные работы:
Практическое пособие для
электрогазосварщика

Книга написана по программным материалам подготовки рабочих в профтехучилищах, учебно-курсовых комбинатах и на производстве. Она содержит общие сведения о сварке, сварных соединениях и швах, электрической сварке плавлением, газовой сварке плавлением, газовой сварке и резке. Кратко описано устройство, оборудование и аппаратура для дуговой и газовой сварки, наплавки и резки, рассмотрены приемы выполнения различных сварных швов, вопросы контроля качества сварных соединений. Приводятся сведения о перспективных видах сварки. Для сварщиков, мастеров и инженерно-технического персонала.
Евгений Максимович Костенко

Введение
Раздел первый
Глава 1
1. Общие сведения об основных видах сварки
2. Классификация сварки плавлением
3. Сущность основных способов сварки плавлением
Глава 2
1. Основные типы сварных соединений
2. Классификация и обозначение сварных швов
3. Конструктивные элементы сварных соединений
Глава 3
1. Углеродистые стали
2. Легированные стали
Раздел второй
Глава 1
1. Сварочная дуга и сущность протекающих в ней процессов
2. Условия зажигания и устойчивого горения дуги
3. Перенос металла через дугу
4. Особенности металлургических процессов при сварке, влияние кислорода, азота и водорода, содержащихся в воздухе, на металл шва
5. Металлургические процессы при сварке под флюсом и в защитных газах
6. Тепловые процессы при электрической сварке плавлением
7. Формирование и кристаллизация металла шва, строение зоны термического влияния
8. Старение и коррозия металла сварных соединений
9. Классификация напряжений и деформаций
Глава 2
1. Оборудование сварочного поста для ручной дуговой сварки
2. Основные требования безопасности труда при ручной дуговой сварке
3. Общие сведения об источниках питания
4. Трансформаторы для ручной дуговой сварки

5. Сварочные выпрямители
6. Источники со звеном повышенной частоты
Глава 3
1. Общие сведения о сварочных аппаратах
2. Полуавтоматы для дуговой сварки и их основные узлы
3. Автоматы для сварки плавящимся электродом
Глава 4
1. Электродные материалы
2. Флюсы для дуговой и электрошлаковой сварки
3. Газы, применяемые при электрической сварке плавлением
4. Условия хранения и транспортировки сварочных Материалов
Глава 5
1. Подготовка металла под сварку
2. Сборка изделий под сварку
3. Выбор режимов при ручной дуговой сварке
4. Способы выполнения швов по длине и сечению
5. Особенности выполнения сварных швов в положениях, отличных от нижнего. Способы повышения производительности сварки
6. Наплавка
Глава 6
1. Некоторые особенности сварки и влияние параметров режима на формирование шва
2. Технология выполнения сварных соединений
Глава 7
1. Некоторые особенности электрошлаковой сварки
2. Типы сварных соединений и виды сварных швов, характерных для ЭШС
Глава 8
1. Технологические особенности сварки в среде защитных газов и их смесях
2. Технологические особенности процесса сварки в углекислом газе
3. Сварка цветных металлов

Глава 9
1. Технология сварки чугуна и ее особенности
2. Холодная сварка чугуна
3. Горячая сварка чугуна
Раздел третий
Глава 1
Глава 2
1. Газы, применяемые при сварке и резке
2. Сварочная проволока и флюсы
Глава 3
1. Ацетиленовые генераторы, предохранительные затворы и клапаны
2. Баллоны для сжатых газов, вентили для баллонов
3. Редукторы, газораспределительные рампы, рукава (шланги), трубопроводы
4. Сварочные горелки
Глава 4
1. Состав сварочного пламени
2. Способы ручной газовой сварки
3. Термическая обработка и правка изделий после сварки
4. Особенности сварки труб
Глава 5
1. Сварка сталей
2. Сварка меди и ее сплавов
3. Сварка алюминия и его сплавов
4. Пайка мягкими и твердыми припоями
Глава 6
1. Сущность и основные условия резки
2. Резаки для ручной резки
Глава 7
1. Правила обращения с оборудованием и аппаратурой
2. Противопожарные мероприятия
Раздел четвертый

Глава1
Глава 2
Список литературы

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ, СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ И
ШВАХ
Глава 1
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ВИДОВ СВАРКИ
1. Общие сведения об основных видах сварки
Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого (в соответствии с существующими стандартами). Различают два основных наиболее распространенных вида сварки: сварку плавлением и сварку давлением. Сущность сварки плавлением состоит в том, что металл по кромкам свариваемых частей оплавляется под действием теплоты источника нагрева. Источником нагрева могут быть электрическая дуга, газовое пламя, расплавленный шлак, плазма, энергия лазерного луча. При всех видах сварки плавлением образующийся жидкий металл одной кромки соединяется и перемешивается с жидким металлом другой кромки, создается общий объем жидкого металла, который называется сварочной ванной. После затвердевания металла сварочной ванны получается сварной шов.
Сущность сварки давлением состоит в пластическом деформировании металла по кромкам свариваемых частей путем их сжатия под нагрузкой при температуре ниже температуры плавления. Сварной шов получается в результате пластической деформации. Сваркой давлением хорошо свариваются только пластические металлы: медь, алюминий, свинец и др. (холодная сварка). Среди большого разнообразия различных видов сварки плавлением ведущее место занимает дуговая сварка, при которой источником теплоты является электрическая дуга. В 1802 г. русский ученый В. В. Петров открыл явление электрического дугового разряда и указал на возможность использования его для расплавления металлов.
Своим открытием Петров положил начало развитию новых отраслей технических знаний и науки, получивших в дальнейшем практическое применение в электродуговом освещении, а затем при электрическом нагреве, плавке и сварке металлов. В 1882 г. ученый-инженер Н. Н.

Бенардос, работая над созданием крупных аккумуляторных батарей, открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов.
Ученый-инженер Н. Г. Славянов в 1888 г. предложил производить сварку плавящимся металлическим электродом. С именем Славянова связано развитие металлургических основ электрической дуговой сварки, создание первого автоматического регулятора длины дуги и первого сварочного генератора. Им были предложены флюсы для получения высококачественного металла сварных швов. (В Московском политехническом музее имеется подлинный сварочный генератор
Славянова и экспонируются образцы сварных соединений.) В 1924—
1935 гг. применяли в основном ручную сварку электродами с тонкими ионизирующими (меловыми) покрытиями. В эти годы под руководством академика В. П. Вологдина были изготовлены первые отечественные котлы и корпуса нескольких судов. С 1935—1939 гг. стали применяться толстопокрытые электроды. Для электродных стержней использовали легированную сталь, что позволило использовать сварку для изготовления промышленного оборудования и строительных конструкций. В процессе развития сварочного производства, под руководством Е. О. Патона (1870—1953), была разработана технология сварки под флюсом. Сварка под флюсом позволила увеличить производительность процесса в 5—10 раз, обеспечить хорошее качество сварного соединения за счет увеличения мощности сварочной дуги и надежной защиты расплавленного металла от окружающего воздуха, механизировать и усовершенствовать технологию производства сварных конструкций. В начале 50-х годов Институтом электросварки им. Е. О.
Патона была разработана электрошлаковая сварка, что позволило заменить литые и кованые крупногабаритные детали сварными; заготовки стали более транспортабельными и удобными при сборке- монтаже. Промышленное применение с 1948 г. получили способы дуговой сварки в инертных защитных газах: ручная – неплавящимся электродом, механизированная и автоматическая – неплавящимся и

плавящимся электродом. В 1950—1952 гг. в ЦНИИТмаше при участии
МВТУ и ИЭС им. Е. О. Патона была разработана сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа – процесс высокопроизводительный и обеспечивающий хорошее качество сварных соединений. Сварка в среде углекислого газа составляет около 30 % объема всех сварочных работ в нашей стране.
Разработкой этого способа сварки руководил доктор наук, профессор К.
Ф. Любавский. В эти же годы французскими учеными был разработан новый вид электрической сварки плавлением, получивший название электроннолучевой сварки. Этот способ сварки применяется и в нашей промышленности. Впервые в открытом космосе была осуществлена автоматическая сварка и резка в 1969 г. космонавтами В. Кубасовым и Г.
Шониным. Продолжая эти работы, в 1984 г. космонавты С. Савицкая и В.
Джанибеков провели в открытом космосе ручную сварку, резку и пайку различных металлов. К сварке плавлением относится также газовая сварка, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки (в соответствии с существующими стандартами). Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда началось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. В этот период газовая сварка являлась основным способом сварки металлов и обеспечивала получение наиболее прочных соединений. Наибольшее распространение получила газовая сварка с применением ацетилена. С развитием сети железных дорог и вагоностроения газовая сварка не могла обеспечить получение конструкций повышенной надежности. Большее распространение получает дуговая сварка. С созданием и внедрением в производство высококачественных электродов для ручной дуговой сварки, а также разработкой различных методов автоматической и механизированной дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов, контактной сварки газовая сварка вытеснялась из многих производств. Тем не менее, газовая сварка применяется во многих отраслях промышленности при изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали, сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни и других цветных

металлов и их сплавов; наплавочных работах. Разновидностью газопламенной обработки является газотермическая резка, которая широко применяется при выполнении заготовительных операций при раскрое металла. К сварке с применением давления относится контактная сварка, при которой используется также тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при прохождении электрического тока. Различают точечную, стыковую, шовную и рельефную контактную сварку. Основные способы контактной сварки разработаны в конце прошлого столетия. В 1887 г. Н. Н. Бенардос получил патент на способы точечной и шовной контактной сварки между угольными электродами. Позднее эти способы контактной сварки, усовершенствованные применением электродов из меди и ее сплавов, стали наиболее распространенными. Контактная сварка занимает ведущее место среди механизированных способов сварки. В автомобилестроении контактная точечная сварка является основным способом соединения тонколистовых штампованных конструкций. Кузов современного легкового автомобиля сварен более чем в 10 000 точек.
Современный авиалайнер имеет несколько миллионов сварных точек.
Стыковой сваркой сваривают стыки железнодорожных рельсов, стыки магистральных трубопроводов.
Шовная сварка применяется при изготовлении бензобаков.
Рельефная сварка является наиболее высокопроизводительным способом сварки арматуры для строительных железобетонных конструкций. Особенность контактной сварки – высокая скорость нагрева и получение сварного шва. Это создает условия применения высокопроизводительных поточных и автоматических линий сборки узлов автомобилей, отопительных радиаторов, элементов приборов и радиосхем.
Контрольные вопросы:
1. Что называется сваркой и какие основные два вида сварки вы знаете?

2. Расскажите о сущности сварки плавлением и сварки давлением.
3. Расскажите о новых видах сварки.
4. Что вы знаете о применении газовой сварки?
5. Что вы знаете о контактной сварке и ее достоинствах?

2. Классификация сварки плавлением
Сварку плавлением в зависимости от различных способов, характера источников нагрева и расплавления свариваемых кромок деталей можно условно разделить на следующие основные виды: электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга; электрошлаковая сварка, где основным источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток; электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление металла производится потоком электронов; лазерная, при которой нагрев и расплавление металла происходит сфокусированным мощным лучом микрочастиц – фотонов; газовая, при которой нагрев и расплавление металла происходит за счет тепла пламени газовой горелки. Более подробную классификацию можно провести и по другим характеристикам, выделив сварку плавящимся и неплавящимся электродом, дугой прямого и косвенного действия; открытой дугой, под флюсом, в среде защитного газа, дуговой плазмой. Классификация дуговой сварки производится также в зависимости от степени механизации процесса сварки, рода и полярности тока и т. д. По степени механизации различают сварку ручную, механизированную
(полуавтоматом) и автоматическую. Каждый из видов сварки в соответствии с этой классификацией характеризуется своим способом зажигания и поддержания определенной длины дуги; манипуляцией электродом для придания свариваемому шву нужной формы; способом перемещения дуги по линии наложения шва и прекращения процесса сварки. При ручной сварке указанные операции выполняются рабочим¬сварщиком вручную без применения механизмов (рис. 1). При сварке на полуавтомате плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются сварщиком вручную (рис. 2). При автоматической сварке механизируются операции по возбуждению дуги и перемещению ее по линии наложения шва с одновременным поддержанием определенной длины дуги (рис. 3).
Автоматическая сварка плавящимся электродом производится, как

правило, сварочной проволокой диаметром 1—6 мм; при этом режимы сварки (сварочный ток, напряжение дуги, скорость перемещения дуги и др.) более стабильны. Этим обеспечивается качество сварного шва по его длине, однако требуется более тщательная подготовка к сборке деталей под сварку.
Рис. 1. Схема ручной сварки покрытым электродом: 1 – сварочная дуга; 2 – электрод; 3 – электрододержатель; 4 — сварочные провода; 5
– источник питания (сварочный трансформатор или выпрямитель); 6 – свариваемая деталь, 7 – сварочная ванна; 8 —сварной шов; 9 – шлаковая корка
Рис. 2. Схема механизированной (полуавтоматом) сварки под слоем флюса: 1 – держатель; 2 – гибкий шланг, 3 – кассета со сварочной проволокой; 4 – подающий механизм; 5—источник питания
(выпрямитель), 6 – свариваемая деталь; 7 – сварной шов; 8 – шлаковая корка; 9 —бункер для флюса

Рис. 3. Схема автоматической дуговой сварки под слоем флюса: 1 – дуга; 2 – газовый пузырь (полость); 3 – сварочная головка; 4 – тележка
(сварочный трактор); 5 – пульт управления; 6 — кассета со сварочной проволокой; 7 – свариваемая деталь; 8 – сварочная ванна; 9 – сварной шов; 10 – шлаковая корка; 11 – расплавленный флюс; 12 – нерасплавленный флюс
Контрольные вопросы:
1. Назовите основные виды сварки плавлением.
2. Что вы знаете о механизированных способах сварки?
3. Каковы особенности автоматической сварки?

3. Сущность основных способов сварки плавлением
При электрической дуговой сварке энергия, необходимая для образования и поддержания дуги, поступает от источников питания постоянного или переменного тока. В процессе электрической дуговой сварки основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда (дуги), возникающего между свариваемым металлом и электродом. При сварке плавящимся электродом под воздействием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец (конец) плавящегося электрода расплавляются и образуется сварочная ванна. При затвердевании расплавленного металла образуется сварной шов. В этом случае сварной шов получается за счет основного металла и металла электрода. К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюминиевые; к неплавящимся – угольные, графитовые и вольфрамовые. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка. При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов необходима защита сварочной ванны от воздействия атмосферных газов – кислорода, азота и водорода, так как они могут проникать в жидкий металл и ухудшать качество металла шва. По способу защиты сварочной ванны, самой дуги и конца нагреваемого электрода от воздействия атмосферных газов дуговая сварка разделяется на следующие виды: сварка покрытыми электродами, в защитном газе, под флюсом, самозащитной порошковой проволокой и со смешанной защитой. Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенной на его поверхность обмазкой. Сварка покрытыми электродами улучшает качество металла шва. Защита металла от воздействия атмосферных газов осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия
(обмазки). Покрытые электроды применяются для ручной дуговой сварки, в процессе которой необходимо подавать электрод в зону горения дуги по мере его расплавления и одновременно перемещать дугу по изделию с целью формирования шва (см. рис. 1). При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновременно подаются в зону