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

горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного металла, электродная проволока и част флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса. По мере перемещения дуги расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от воздействия атмосферных газов и значительно улучшает качество металла шва Сварка под слоем флюса применяется для соединения средних и больших толщин металла на полуавтоматах и автоматах (см. рис. 3). Сварку в среде защитных газов выполняют как плавящимся электродом, так и неплавящимся с подачей в зону горения дуги присадочного металла для формирования сварного шва. Сварка может быть ручной, механизированной (полуавтоматом и автоматической. В качестве защитных газов применяют углекислый газ, аргон, гелий, иногда азот для сварки меди. Чаще применяются смеси газов: аргон + кислород, аргон + гелий, аргон + углекислый газ + кислород и др. В процессе сварки защитные газы подаются в зон горения дуги через сварочную головку и оттесняют атмосферные газы от сварочной ванны (рис. 4). При электрошлаковой сварке тепло, идущее на расплавление металла изделия и электрода, выделяется под воздействием электрического тока, проходящего через шлак. Сварка осуществляется, как правило, при вертикальном расположении свариваемых деталей и с принудительным формированием металла шва
(рис. 5). Свариваемые детали собираются с зазором.
Для предотвращения вытекания жидкого металла из пространства зазора и формирования сварного шва по обе стороны зазора к свариваемым деталям прижимаются охлаждаемые водой медные пластины или ползуны. По мере охлаждения и формирования шва ползуны перемещаются снизу вверх.

Рис. 4. Схема сварки в среде защитных газов плавящимся (а) и неплавящимся (б) электродом. 1 – сопло сварочной головки; 2 – сварочная дуга; 3 – сварной шов; 4 – свариваемая деталь; 5 – сварочная проволока (плавящийся электрод); 6 – подающий механизм
Рис. 5. Схема электрошлаковой сварки: 1 – свариваемые детали; 2
– фиксирующие скобы; 3 – сварной шов; 4 – медные ползуны
(пластины); 5 – шлаковая ванна; 6 – сварочная проволока; 7 – подающий механизм; 8 – токоподводящий направляющий мундштук; 9 – металлическая ванна; 10 – карман – полость для формирования начала шва, 11 – выводные планки
Обычно электрошлаковую сварку применяют для соединения деталей кожухов доменных печей, турбин и других изделий толщиной от

50 мм до нескольких метров. Электрошлаковый процесс применяют также для переплава стали из отходов и получения отливок.
Электронно-лучевая сварка производится в специальной камере в глубоком вакууме (до 13-105 Па). Энергия, необходимая для нагрева и плавления металла, получается в результате интенсивной бомбардировки места сварки быстро движущимися в вакуумном пространстве электронами. Вольфрамовый или металлокерамический катод излучает поток электронов под воздействием тока низкого напряжения. Поток электронов фокусируется в узкий луч и направляется на место сварки деталей. Для ускорения движения электронов к катоду и аноду подводится постоянное напряжение до 100 кВ. Электронно- лучевая сварка широко применяется при сварке тугоплавких металлов, химически активных металлов, для получения узких и глубоких швов с высокой скоростью сварки и малыми остаточными деформациями (рис.
6). Лазерная сварка – эта сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера. Термин «лазер» получил свое название по первым буквам английской фразы, которая в переводе означает: «усиление света посредством стимулированного излучения».
Современные промышленные лазеры и системы обработки материалов показали существенные преимущества лазерной технологии во многих специальных отраслях машиностроения. Промышленные СО2-лазеры и твердотельные снабжены микропроцессорной системой управления и применяются для сварки, резки, наплавки, поверхностной обработки, прошивки отверстий и других видов лазерной обработки различных конструкционных материалов. С помощью СО2-лазера производится резка как металлических материалов, так и неметаллических: слоистых пластиков, стеклотекстолита, гетинакса и др. Лазерная сварка и резка обеспечивают высокие показатели качества и производительности.

Рис. 6. Схема формирования пучка электронов при электронно— лучевой сварке: 1 – катодная спираль; 2 – фокусирующая головка; 3 – первый анод с отверстием; 4 – фокусирующая магнитная катушка для регулирования диаметра пятна нагрева на детали; 5 – магнитная система отклонения пучка; 6 – свариваемая деталь (анод); 7 – высоковольтный источник постоянного тока; 8 – сфокусированный пучок электронов; 9 – сварной шов
Контрольные вопросы:
1. Что такое сварочная ванна?
2. Из чего состоит металл сварного шва при сварке плавящимся и неплавящимся электродами?
3. Какие функции выполняют плавящиеся и неплавящиеся электроды?
4. Для чего необходима защита сварочной ванны, дуги и конца нагретого электрода?

5. На какие виды подразделяется электрическая сварка плавлением по способу защиты?
6. Расскажите, в чем сущность сварки покрытыми электродами?
7. За счет чего осуществляется защита зоны горения дуги при сварке под слоем флюса?
8. В чем сущность сварки в защитных газах?
9. Кратко охарактеризуйте электрошлаковую сварку.
10. Каковы достоинства электронно-лучевой и лазерной сварки?

Глава 2
СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ШВЫ
1. Основные типы сварных соединений
Сварным соединением называется неразъемное соединение деталей, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречаются следующие основные типы сварных соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые, угловые и торцовые (рис. 7). Стыковое – это сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями. Нахлесточное – сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.
Рис. 7. Сварные соединения: а– стыковое; б – нахлесточное; в – торцовое; г – угловое; д – тавровое
Тавровое – сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента.
Угловое – сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев.
Торцовое – сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу.
Контрольные вопросы:
1. Какое сварное соединение называется стыковым?
2. Чем отличается стыковое соединение от нахлесточного?
3. Какое сварное соединение называется тавровым?
4. Чем отличается угловое соединение от торцового?

2. Классификация и обозначение сварных швов
Сварной шов – это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением, или сочетания кристаллизации и деформации. Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми. Стыковой – это сварной шов стыкового соединения. Угловой – это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений.
Сварные швы подразделяются также по положению в пространстве (в соответствии с существующими стандартами): нижнее– Нив лодочку – Л, полугоризонтальные – Пг, горизонтальные – Г, полувертикальные – Пв, вертикальные – В, полупотолочные – Пп, потолочные – П (рис. 8). По протяженности швы различают сплошные
(непрерывные) и прерывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными
(рис. 9, а).
Рис. 8. Основные положения сварки и их обозначения: 1 – нижнее;
2 – вертикальное или горизонтальное на вертикальной поверхности; 3 – потолочное

Рис. 9. Классификация сварных швов: а – по протяженности; б – по отношению к направлению действующих усилий
По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на продольные, поперечные, комбинированные и косые
(рис. 9, б). По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми (рис.
10). Соединения, образованные выпуклыми швами, лучше работают при статических нагрузках. Однако чрезмерный наплыв приводит к лишнему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэкономичны.
Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву. В противном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного соединения.
Рис. 10. Классификация сварных швов по форме наружной поверхности
По условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изделия сварные швы подразделяются на рабочие, которые

непосредственно воспринимают нагрузки, и соединительные
(связующие), предназначенные только для скрепления частей или деталей изделия. Связующие швы чаще называют нерабочими швами.
При изготовлении ответственных изделий выпуклость на рабочих швах снимают пневматическими бормашинками, специальными фрезами или пламенем аргонодуговой горелки (выглаживание). Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обозначения швов сварных соединений, выполненных наиболее распространенными способами сварки, регламентированы стандартами. В этих стандартах типы швов сварных соединений определяются видом сварного соединения, формой подготовленных кромок и типом выполненного шва.
Независимо от способа сварки условно изображают видимый шов сплошной основной линией, а невидимый – штриховой линией. В стандартах принято буквенно-цифровое условное обозначение швов сварных соединений. Буквенная часть указывает на вид сварного соединения: С – стыковое, У – угловое, Т – тавровое, Н – нахлесточное.
Цифры являются порядковым номером типа шва в данном конкретном стандарте.
Условные обозначения основных способов сварки следующие: Р – ручная дуговая сварка (штучным электродом); ЭЛ – электронно-лучевая сварка; Ф – дуговая сварка под слоем флюса; ПЛ – плазменная и микроплазменная сварка; УП – сварка в активном газе
(или смеси активного и инертного газов, плавящимся электродом); ИП – сварка в инертном газе плавящимся электродом; ИН – сварка в инертном газе неплавящимся электродом; Г – газовая сварка.
Контрольные вопросы:
1. Что называется сварным швом?
2. Какие разновидности сварных швов вы знаете?
3. К каким соединениям применим угловой шов?
4. Как подразделяются сварные швы по положению в пространстве?
5. Как подразделяются сварные швы по отношению к направлению действующих усилий?

6. Как классифицируются сварные швы по форме наружной поверхности? Для чего устанавливаются условные изображения и обозначения швов сварных соединений на чертежах?
7. Какими буквами обозначаются основные виды сварного соединения?
8. Приведите примеры условного обозначения способов сварки.

3. Конструктивные элементы сварных соединений
Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основных конструктивных элемента: зазор, притупление кромок и угол скоса кромки (рис. 11). Тип и угол разделки кромок; определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки. Х¬образная разделка кромок, по сравнению с V-образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6—1,7 раза. Кроме того, такая разделка обеспечивает меньшую величину деформаций после сварки. При Х- образной и V-образной разделке кромки притупляют для правильного формирования шва и предотвращения образования прожогов.
Рис. 11. Конструктивные элементы разделки кромок под сварку: а
– угол разделки кромок; в —зазор; с – притупление; р – угол скоса кромок; 1 – без разделки кромок; 2-е разделкой кромок одной детали; ?
– V¬образная разделка; 4 –Х-образная разделка; 5 – U-образная разделка
Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и др. Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет 0—5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому противлению металла.

Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии со существующими стандартами (рис. 12).
Рис. 12. Основные геометрические параметры сварных швов: е – ширина; q – выпуклость; h – глубина провара; b – зазор; k – катет; S – толщина детали
Контрольные вопросы:
1. Какие конструктивные элементы характеризуют форму разделки кромок?
2. Какие формы разделки кромок вы знаете? Что обозначают V-, Х– и U-образные виды разделки кромок? Какую роль выполняет зазор при сборке под сварку? Что такое притупление кромок и для чего оно делается? Расскажите о конструктивных элементах сварного шва.

Глава 3
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТАЛЯХ И ИХ СВАРИВАЕМОСТИ
1. Углеродистые стали
Стали подразделяются на углеродистые и легированные. По назначению различают стали конструкционные с содержанием углерода в сотых долях процента и инструментальные с содержанием углерода в десятых долях процента. Наибольший объем сварочных работ связан с использованием низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей. Основным элементом в углеродистых конструкционных сталях является углерод, который определяет механические свойства сталей этой группы. Углеродистые стали выплавляют обыкновенного качества и качественные.
Стали углеродистые обыкновенного качества подразделяются на три группы: группа А – по механическим свойствам; группа Б – по химическому составу; группа В – по механическим свойствам и химическому составу.
Изготавливают стали следующих марок: группа А – Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3,
Ст 4, Ст 5, Ст 6; группа Б – БСт 0, БСт 1, БСт 2, БСт 3, БСт 4, БСт 5, БСт
6; группа В – ВСт 0, ВСт 1, ВСт 2, ВСт 3, ВСт 4, ВСт 5. По степени раскисления сталь обыкновенного качества имеет следующее обозначение: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная.
Кипящая сталь, содержащая кремния (Si) не более 0,07 %, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения вредных примесей
(серы и фосфора) по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах. Спокойная сталь получается при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержит кремния (Si) не менее 0,12 %; сера и фосфор распределены в ней более равномерно, чем в кипящей стали.
Эта сталь менее склонна к старению и отличается меньшей реакцией на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное место между кипящей и спокойной сталью.