Полуавтоматическая сварка

Реферат

Сущность способов полуавтоматической сварки в среде защитных газов

Полуавтоматическая сварка выполняется под слоем флюса или в среде защитных газов.

Сущность способа: сварочная проволока подаётся в зону сварки автоматически с определённой скоростью, а перемещение горелки производится сварщиком вручную. То есть процесс автоматизирован ровным счётом на половину.

Полуавтоматическая сварка выполняется во всех пространственных положениях толщин от 0.5 до 30 и более миллиметров, как стали так и цветные металлы. Защитная среда ? аргон, углекислый газ или смеси различных газов.

Дуговая сварка в защитных газах ? это сварка , при которой дуга и расплавленный металл находятся в защитном газе, который подаётся в зону сварки с помощью специальных проборов.

Основные преимущества сварки в защитных газах:

  • высокая продуктивность, низкая стоимость при использовании активных защитных газов;
  • простота механизации и автоматизации;
  • возможность сварки во всех пространственных положениях;
  • малая зона термического влияния и относительно небольшие деформации изделия в результате высокой степени концентрации дуги;
  • высокое качество защиты;
  • уменьшается разбрызгивание;
  • сокращается объём отделочных работ;
  • улучшается качество сварных швов;
  • улучшаются условия работы сварщика;
  • снижается трудоёмкость.

При механизированной дуговой сварке плавящимся электродом, сварочные полуавтоматы классифицируют следующим образом:

* по способу защиты зоны дуги

* по виду электродной проволоки: сплошной стальной проволокой, сплошной алюминиевой проволокой, порошковой проволокой

* по способу охлаждения горелки: с воздушным охлаждением и водяным

* по способу регулирования скорости подачи проволоки: с плавным, ступенчатым, плавно-ступенчатым

* по конструктивному исполнению — со стационарным, передвижным или переносным подающим устройством

Перемещение электрода относительно свариваемых кромок осуществляют вручную. Автоматизирована подача электродного металла в сварочную ванну по мере его плавления. Сварочная проволока устанавливается в механизм подачи, и далее по гибкому шлангу подается к соплу горелки со скоростью, равной скорости ее плавления. Для того чтобы шланг был достаточно гибким и маневренным, при полуавтоматической сварке применяют тонкую сварочную проволоку (O 0,8-1,6 мм).

17 стр., 8242 слов

Сварка в защитных газах

... предотвращающих сдувание струи защитного газа в процессе сварки, применение газовой аппаратуры, а в некоторых случаях и применение относительно дорогих защитных газов. Полуавтоматическая сварка в углекислом газе является наиболее распространенным из применяемых способов сварки в защитных газах. Она характеризуется высокой ...

В зависимости от свариваемого металла и его толщины в качестве защитных газов используют инертные, активные газы или их смеси. В силу физических особенностей стабильность дуги и ее технологические свойства выше при использовании постоянного тока обратной полярности.

Постоянство параметров (силы тока и напряжения) поддерживается автоматическим путем саморегулирования дуги. При применении полуавтоматической сварки повышается производительность процесса и облегчается труд сварщика.

К основным параметрам режима сварки плавящимся электродом относятся сила тока, полярность, напряжение дуги, диаметр и скорость подачи поволоки, расход и состав защитного газа, вылет электрода, скорость сварки. Скорость сварки регулирует сварщик, он выбирает ее из условий заполнения разделки или получения швов с требуемым сечением. Устойчивость горения дуги, разбрызгивание и формирование шва зависят от статических и динамических свойств источников питания. Целесообразно применять источники с пологопадающими или жесткими ВАХ с оптимальной скоростью нарастания тока короткого замыкания.

Перенос металла через дуговой промежуток происходит в виде капель или паров. Капли формируются на конце электрода под воздействием силы тяжести, поверхностного натяжения, давления газов, образующихся внутри расплавленного металла. Основными силами, обуславливающими формирование капель электродного металла и перенос его через дуговой промежуток, являются аксиальная сила, возникающая в результате пинч-эффекта, и силы поверхностного натяжения. Расплавленный металл на конце электрода под действием поверхностного натяжения собирается в капли. По мере расплавления электрода капля растет до такого объема, когда ее вес становиться равным силе поверхностного натяжения, и капля отрывается.

С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается. С увеличением силы тока уменьшается роль силы тяжести в формировании капли и растет сжимающее действие электромагнитных сил, способствующих отделению капли от конца электрода. Благодаря этому по мере увеличения тока уменьшается размер капель электродного металла, изменяется характер переноса металла от крупнокапельного к мелкокапельному, а затем к струйному.

Кислород уменьшает поверхностное натяжение металла, и поэтому с увеличением его содержания в аргоне критический ток уменьшается. Высокие технологические свойства дуги при сварке стали обеспечиваются при добавке к аргону до 4-5% О2 . В такое среде дуга горит стабильно при относительно небольшом токе, что облегчает сварку металлов небольших толщин. Дуга со струйным переносом металла дает меньшее разбрызгивание металла и обеспечивает лучшее формирование сварочного шва.

Оборудование для полуавтоматической сварки. Источник питания постоянного тока

Сварочные выпрямители предназначены для превращения сменного тока в постоянный ток и питание им сварочной дуги.

Их отличительная особенность заключается в том, что применение сварочных выпрямителей позволяет получить очень высокое качество сварного шва. Эти аппараты питают электрическую сварочную дугу постоянным током, и предназначаются для ручной дуговой сварки.

Применяются выпрямители с падающей и жесткой внешними характеристиками в зависимости от требований процесса сварки (резки), в котором они используются в качестве источника питания.

Выпрямители классифицируются:

  • за числом обслуживаемых постов ? одно- и многопостовые;
  • за числом фаз питания ? однофазные и трёхфазные;
  • за типом вентилей ? диодные, инверторные, тиристоры;
  • за способом регулировки тока или напряжения ? с механическим управлением движущимся обмотками (типа ВД для ручной сварки), которые регулируются сменой коэффициента трансформации силового трансформатора (типа ВС для механизированной сварки в углекислом газе), с регулировкой методом магнитной коммутации (типа ВСЖ), которые регулируются с помощью дросселя насыщения ( типа ВДГ);
  • с регулировкой тиристорами.

* за схемой выпрямителя ? однополупериодные, трёхфазные и шестифазные;

  • за предназначением ? используют для ручной дуговой сварки, механизированной сварки под флюсом, механизированной сварки в среде углекислого газа, универсальные).

Выпрямители малых токов (до 315А) делают по трёхфазной мостовой схеме; средних токов (до 500А) ? по шестифазной с ровняющим реактором; больших токов (более 1000А) делают по шестифазной кольцевой схеме выпрямителя.

Для ручной дуговой сварки используются выпрямители типов ? ВД-102; ВД-201; ВД-306Д; ВД-506 и другие, где:

  • БУСП ? блок управления сварочным процессом;
  • ДС ? постоянный ток;
  • ТНГ ? режим аргонодуговой сварки не плавящимся электродом;
  • ММА ? режим дуговой сварки покрытым электродом;
  • МИГ/МАГ ? режим полуавтоматическая сварки плавящимся электродом в среде защитных газов.

Универсальные выпрямители обеспечивают стойкое горение дуги для ручной и механизированной сварки. Внешние характеристики универсальных выпрямителей для ручной сварки и под флюсом имеют спадающую форму, для механизированной сварки в защитном газе имеют жёсткую форму с небольшим наклоном.

Параметры

ВДУ-505

Номинальный сварочный ток, А

500

Номинальное рабочее напряжение, В,

при характеристиках:

жёстких

спадающих

50

46

Номинальный режим работы ТВ, %

60

Диапазон регулировки сварочного тока, А

50-500

Диапазон регулировки напряжения, В,

при характеристиках:

жёстких

спадающих

18-50

22-48

Напряжение нерабочего хода, В

80

Первичная мощность, кВА

40

ККД , %

82

Масса, кг

300

Выпрямитель ВДУ-505 ? полуавтомат ПДГ-516

Номинальный сварочный ток, А ? 500

Диаметр электродной проволоки, мм ? 1.2-2.0

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч ? 120-960

Размеры (длина*ширина*высота), мм ? 1275*816*940

Масса подающего снаряда, кг ? 18

Сварочный полуавтомат

Подающий механизм (механизм подачи проволоки) ПДГ-516 применяется при проведении полуавтоматической сварки в качестве устройства для подачи сварочной проволоки и защитного газа в зону сварки.

ПДГ-516 работает в составе сварочных полуавтоматов вместе с любыми сварочными выпрямителями, имеющими жесткую или комбинированную вольтамперную характеристику (обычно со сварочным выпрямителем ВДУ-506).

Может комплектоваться любыми источниками питания, выпускаемыми ОАО «КЗЭСО»

ПДГ-516 — является подающим механизмом открытого типа с 4-х роликовым редукторным приводом, кассетой для сварочной проволоки, тормозным устройством.

Имеет регулирование сварочных параметров и настройку трех независимых режимов сварки. Переход со второго режима на третий возможен без прекращения процесса сварки. Также реализован режим сварки электрозаклепками.

При комплектации соответствующими роликами и горелкой полуавтомат может быть использован для сварки порошковой проволокой.

Имеет плавную регулировку скорости подачи электродной проволоки.

Технические характеристики:

Номинальный сварочный ток — 500А (ПВ-60%).

Диаметр проволоки — 1,2-2,0 мм.

Вес кассеты сварочной проволоки — 15 кг.

Скорость подачи электродной проволоки — 120-1200 м/ч.

Регулирование скорости подачи сварочной проволоки — плавное.

Количество подающих роликов — 4 шт.

Габаритные размеры — 470х365х430 мм.

Вес — 17 кг.

Не допускается использование оборудования для работы в среде насыщенной пылью, во взрывоопасной среде, а также в среде, содержащей едкие пары и газы, разрушающие металлы и изоляцию.

Баллон с защитным газом

Баллоны представляют собой стальные цилиндрические сосуды, в горловине которых имеется конусное отверстие с резьбой, куда ввертывается запорный вентиль. Для каждого газа разработаны свои конструкции вентилей на ацетиленовый баллон и наоборот. На горловину плотно насаживают кольцо с наружной резьбой для навёртывания предохранительного колпака, который служит для предохранения вентиля баллонов от возможных ударов при транспортировке.

В зависимости от рода газа, находящегося в баллоне, баллоны окрашивают снаружи в условные цвета, а также соответствующей каждому газу краской наносят наименование газа. Например, кислородные баллоны окрашивают в голубой цвет, а надпись делают черной краской, водородные ? в темно-зелёный и красной краской, ацетиленовый ? в белый и красной краской, пропан ? в красный и белой краской, аргон ? серой краской. Часть верхней и сферической части баллона не окрашивают и выбивают на ней паспортные данные баллона: тип и заводской номер баллона, товарный знак завода-изготовите-ля, масса порожнего баллона, вместилище, рабочее и испытательное давление, дата изготовления, клеймо ОТК и клеймо инспекции Госгортехнадзора, дата следующего испытания.

Основные типы баллонов, применяемых для хранения и транспортировки кислорода, азота, водорода и других газов.

Редуктор

Редуктор ? расходометр служит для понижения давления в баллоне централизованной сети или же по трубопроводу, а также поддерживает давление в процессе работы. Редуктор имеет камеры высокого и низкого давления соответственно также манометры. При сварке на смесях защитных газах (CO 2 + Ar) в комплект аппаратуры входят смесители газов.

Шланги

Для дуговой сварки плавящимся электродом различают автоматическую и полуавтоматическую сварку. Граница между ними довольно неопределенна. Собственно то, что достигнуто к настоящему времени, обычно не выходит за пределы частичной механизации процесса сварки, включающего две основные операции; подачу электрода в дугу по мере его плавления и перемещение дуги по линии сварки. Если механизированы обе операции, процесс считают автоматическим, если же только одна подача электрода, то полуавтоматическим. Автоматическая сварка не всегда осуществима и целесообразна. Она выгодна в массовом и серийном производстве изделий с достаточно длинными прямолинейными и круговыми швами. Огромное количество сварных изделий не удовлетворяет этим требованиям, и большой объем работ выполняется ручной сваркой. С давних пор наряду с автоматами создавались упрощенные приспособления, в той или иной степени уменьшавшие объем ручной работы. В связи с этим получила большое развитие шланговая полуавтоматическая сварка. Автоматический механизм шлангового полуавтомата, аналогичный обычным дуговым автоматам с электрическим приводом, проталкивает электродную проволоку из бухты в зону дуги через гибкий шланг и держатель-наконечник. Длина гибкого шланга может быть до 5 м. Сварщик, держа наконечник, вручную перемещает его вдоль шва.

Первоначально шланговые полуавтоматы предназначались для сварки открытой дугой голой электродной проволокой диаметром 4-5 мм. Работа велась на малых сварочных токах. Вследствие значительного диаметра проволоки шланг был тяжелым, недостаточно гибким, неудобным в работе. Малые токи не позволяли значительно повысить производительность сварки по сравнению с ручной сваркой, поэтому шланговые полуавтоматы, хотя и были известны, не находили применения.

Созданию практически пригодного шлангового полуавтомата способствовал переход к способу сварки под флюсом электродной проволокой малых диаметров, не превышающих 2-2,5 мм. Применение флюса позволило увеличить сварочный ток, что улучшило устойчивость дуги и резко повысило производительность сварки. С уменьшением диаметра проволоки снизился вес шланга и увеличилась его гибкость. Схема установки для шланговой полуавтоматической сварки типа ПШ-5, разработанной в Институте электросварки им. Е. О. Патона, показана на рисунке выше.

Электродная проволока диаметром 1,6-2 мм, смотанная в бухту, находящуюся в коробке или кассете 1, проталкивается подающим механизмом 2 через гибкий шланг 3 в держатель 4, находящийся в руке сварщика. Сварочный ток подводится к держателю через гибкий шланг от сварочного трансформатора 5 с дроссельной катушкой. Включающая аппаратура и электроизмерительные приборы смонтированы в аппаратном ящике 6.

Подающий механизм работает по принципу постоянной скорости подачи электродной проволоки.

Подача производится асинхронным электродвигателем переменного трехфазного тока мощностью 0,1 кет через червячную и две цилиндрические пары зубчатых колес. Скорость подачи проволоки изменяется перестановкой зубчатых колес в пределах 80-600 м/ч. Через гибкий шланг сварочный ток подводится к держателю и электродная проволока подается в зону дуги.

Для пропуска электродной проволоки внутри специального гибкого шланга находится гибкая стальная проволочная спираль, отделенная от токоведущей части шланга сдоем изоляции. Поверх спирали расположены гибкие медные провода, по которым поступает сварочный ток. В провода заложены два изолированных проводника для цепи управления. Токоведущая часть защищена хлопчатобумажной оплеткой и прочной резиновой изоляцией 6. Нормальная длина шланга 3,5 м. Шланг заканчивается держателем-наконечником. На держателе смонтирована воронка-бункер для флюса и кнопка для включения механизма полуавтомата и сварочного тока. Электродная проволока, пройдя гибкий шланг, поступает в наконечник и направляется в зону дуги.

Сварочный ток по проводникам гибкого шланга поступает в держатель и по трущемуся о металл мундштука концу электродной проволоки направляется в зону дуги. Универсальный держатель ДШ-5 к шланговому полуавтомату (рис.) состоит из изолированного от других частей криволинейного трубчатого мундштука 1, воронки для флюса 2 с заслонкой 3 и ручки 4, внутри которой смонтированы пусковая кнопка и присоединение шланга к держателю. Опорный костыль 5 или специальная насадка фиксируют расстояние между мундштуком и изделием и позволяют копировать конфигурацию шва. Существует целый набор специальных держателей к полуавтомату для сварки в труднодоступных местах, сварки труб и фланцев и пр. Флюс для сварки засыпается вручную в воронку держателя.

Сварка полуавтоматом производится на переменном токе, но иногда и на постоянном токе, например при работе в полевых условиях, при сварке тонкого металла и т. п. Полуавтомат рассчитан на проволоку диаметром 2 мм, ток 200-650 а и скорость сварки (перемещение дуги по шву) 15-40 м/ч. Может применяться проволока диаметром 1,6 мм при токах 150-450 а и проволока диаметром 1,2 мм при токах 100-170 А. Несмотря на сравнительно малые сварочные токи, при шланговой полуавтоматической сварке получается глубокое расплавление основного металла (до 10- 12 мм), что обеспечивает возможность сварки металла не только малых, но и больших толщин. Значительная глубина расплавления объясняется большой плотностью тока.

Шланговые полуавтоматы часто оказываются выгоднее автоматической и ручной сварки. Они используются для сварки металла толщиной от 2-3 мм до самых больших толщин, встречающихся на практике, для сварки всех видов стыковых швов — одно- и двусторонних, со скосом и без скоса кромок, угловых швов в тавровом и нахлёсточном соединениях, а также и прорезных швов. Шланговыми полуавтоматами можно выполнять не только сплошные, но и прерывистые швы; они успешно применяются как в заводских, так и в полевых условиях на открытом воздухе, например при сварке стыков трубопроводов, при сооружении строительных металлоконструкций, каркасов высотных зданий и т. д.

Различие между автоматами и шланговыми полуавтоматами довольно условно. Установив неподвижно держатель полуавтомата, и перемещая под ним изделие прямолинейно или вращая его, получают дуговой автомат. Существуют шланговые автоматы; в них проволока из шланга поступает не в ручной держатель, а в компактную самоходную сварочную головку, перемещающуюся по линии сварки.

Сварочные материалы. Сварочная проволока

Для сварки плавящимся электродом и наплавки применяются:

  • проволока стальная сварочная (ГОСТ 2246-70);
  • проволока стальная наплавочная (10543-75);
  • проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов (ГОСТ 7871-63);
  • прутки чугунные для сварки и наплавки (ГОСТ 2671-70);
  • порошковая проволока (по техническим условиям);
  • голая сплошная легированная проволока (по техническим условиям).

Проволоку стальную сварочную применяют при изготовлении покрытых электродов для ручной дуговой сварки, для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом и в среде защитных газов, а также в качестве присадочного металла при газовой сварке, аргонодуговой и других видов сварки.

По марке проволоки можно судить о её химическом составе согласно условному обозначению содержания основных элементов в стандартах на марки стали. Аналогично расшифровывается тип электрода, гарантирующий химический состав металла шва.

После букв СВ (сварочная) стоят цифры, которые показывают среднее или примерное содержание углерода в сотых долях процента, буквы и цифры показывают среднее содержание того или иного элемента в процентах.

Наибольшее распространение в промышленности получили низкоуглеродистые проволоки СВ-08, СВ-08А, СВ-08ГА, СВ-10ГА и низколегированная СВ-08Г2С. Следует заметить, что есть ещё сварочная проволока СВ-08АА, которая отличается от проволоки СВ-08А более низким содержанием серы и фосфора . Буква А в конце условных обозначений марок низкоуглеродистой и низколегированной проволоки указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. Проволока СВ-08А имеет пониженное содержание серы и фосфора.

Защитный газ

Углекислый газ ? бесцветный газ, со слабым запахом. При увеличении давления превращается в жидкость, которую называют углекислотой, а при сильном охлаждении затвердевает, которого называют „сухой лёд”. Для сварки применяют пищевой углекислый газ и сварочный 1-го и 2-го сортов с объёмным содержанием чистого газа соответственно не менее 98.5, 99.5 и 99.0 %.

Газ получают из известняков, кокса, антрацита методом выжигания в специальных печах из природных и котельных газов и другими способами.

Аргон ? инертный газ, без цвета и запаха, тяжелее воздуха, чем обеспечивает надёжную защиту сварочной ванны. Аргон делится на сорт:

* аргон газо-подобный и редкий, первого сорта для плазменной резки и сварки плавящимся электродом.

* аргон высокой частоты ? редкий первого сорта, редкий второго сорта и газо-подобный.

Аргон высокого качества используется для сварки титановых сплавов, циркония, молибдена и других активных металлов и сплавов. Аргон первого сорта предназначен для сварки алюминиевых и магниевых сплавов; аргон второго сорта для сварки деталей из чистого алюминия, нержавеющих и жаростойких сплавов. Сохраняют и трансформируют аргон в железных цельнотянутых баллонах.

Режим полуавтоматической сварки

полуавтоматический сварка газ ток

При разработке технологии автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом необходимо учесть особенности соединения и подготовки кромок под сварку, а также возможность выполнения сварки по различным вариантам.

Выбранные режимы должны обеспечить сплошной провар при сварке стыковых соединений и получение шва заданного катета при сварке тавровых и угловых соединений. Во всех случаях режимы сварки должны обеспечить хорошее формирование швов. При выборе режимов автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом необходимо учитывать большое число различных факторов, влияющих на формирование и механические свойства сварных швов.

Форма сварных швов и форма проплавления (провара) характеризуются: глубиной проплавления основного металла; шириной проплавления или шириной шва; высотой валика (утолщения); коэффициентом формы провара; площадью зоны проплавления; площадью зоны наплавки; отношением, определяющим долю основного металла в формировании шва.

Изменение режима сварки и других технологических факторов по-разному влияет на размеры сварных швов.

С увеличением силы тока при постоянном диаметре электродной проволоки увеличивается количество тепла, вводимого в изделие, и количество расплавляемого основного металла, а также возрастает сила дутья (давление газов) дуги, что способствует вытеснению металла из-под дуги и ее углублению в основной металл. Благодаря этому увеличивается глубина проплавления основного металла и доля участия его в формировании шва. Вследствие значительного «погружения» дуги в основной металл ширина шва возрастает мало. Объем расплавляемого электродного металла увеличивается, что обусловливает увеличение утолщения шва.

Изменение плотности тока заметно влияет на глубину и ширину проплавления (для электрода одного и того же диаметра при увеличении тока).

Однако плотность тока изменяется и при постоянном сварочном токе, но при изменении диаметра электрода.

С увеличением плотности тока глубина проплавления и утолщение шва увеличиваются почти линейно; ширина проплавления увеличивается в меньшей степени и после определенного предела даже уменьшается.

Увеличение напряжения связано с удлинением дуги; при этом возрастает доля тепла, идущего на плавление флюса. Увеличение полости, в которой горит дуга, ведет к увеличению ширины проплавления и некоторому уменьшению глубины проплавления и утолщения шва. Увеличение скорости сварки уменьшает время теплового воздействия дуги на основной металл, в результате чего снижаются глубина и особенно ширина проплавления.

Электрод в продольной плоскости по оси шва может быть перпендикулярен шву или может иметь наклон — «углом назад» или «углом вперед». Процесс сварки углом назад мало отличается от сварки вертикальным электродом. Для сварки же с наклоном электрода углом вперед характерны следующие особенности: тепло рассеивается впереди дуги, металл из-под дуги вытесняется слабее, глубина проплавления уменьшается, но зато свариваемые кромки прогреваются сильнее, что устраняет опасность не сплавления шва с основным металлом на больших скоростях сварки (более 80-100 м/час).

Изменение вылета электрода в практически возможных пределах (30-50 мм) не влияет на размеры шва.

Наклоняя изделия, сварку можно производить «на спуск» или «на подъем». При сварке на спуск жидкий металл подтекает под дугу и уменьшает глубину проплавления основного металла. При сварке на подъем сила тяжести способствует вытеснению жидкого металла из-под дуги: дуга погружается глубже в основной металл и глубина проплавления увеличивается, а ширина уменьшается.

Правильное формирование швов возможно при угле наклона шва к горизонту в продольном направлении не свыше 8-10°. Угол наклона изделия в поперечном направлении (поворот шва) не должен превышать 10-20°.

Так как на размеры шва оказывают влияние многие факторы, для ускорения выбора режимов сварки, как правило, используют заранее разработанные таблицы, составленные на основании большого количества опытов. Однако такие таблицы имеют частное значение и не позволяют в общем виде представить связь между параметрами режима сварки и размерами шва.

По условиям правильного формирования шва скорость автоматической сварки должна лежать в пределах 12-75 м/час, а полуавтоматической 10-40 м/час. Нужно, однако, учитывать, что скорость 30-40 м/час при полуавтоматической сварке допустима только на коротких швах (из-за быстрой утомляемости сварщика).

Необходимо иметь в виду, что судовые конструкции, как правило, не кантуются и швы тавровых соединений выполняются наклонным электродом. При этом качественное формирование шва за один проход получается при сварке шва катетом не более 8-9 мм. Швы с большими катетами выполняют за несколько проходов, исходя из следующих практических данных: швы катетом 9-14 мм следует варить за 2 прохода, швы катетом 15-16 мм за 3 прохода и швы катетом 17-20 мм за 4 прохода.

Дефекты сварных швов

Дефекты в сварных швах принято называть отклонение от норм, предусмотренных ГОСТами и техническими условиями на сварные соединения.

Классификация дефектов. Дефектами сварных соединений принято называть отклонения от норм, предусмотренных ГОСТами, техническими условиями и чертежами проектов. В этих нормах предусматриваются: геометрические размеры сварных швов (высота и ширина), герметичность, прочность, пластичность, химический состав и структурные составляющие металла шва.

Дефекты сварных швов и соединений весьма разнообразны. Можно выделить следующие основные группы дефектов:

  • образующиеся в результате нарушения технологии сборки (смещение свариваемых кромок, осей труб, несоответствие зазора между свариваемыми деталями и др.);
  • имевшиеся в металле свариваемых деталей (трещины, расслоения, закаты и плены), на свариваемых кромках или вблизи шва;
  • эти дефекты могут воздействовать на формирование шва;
  • вызванные плохой свариваемостью основного металла (склонность к образованию холодных и горячих трещин в основном соединении);
  • образующиеся в результате несоответствия химического состава и технологических свойств присадочных материалов;
  • образующиеся из-за нарушения технологического процесса сварки или термической обработки (несоответствие структурных составляющих, подрезы, поры, не провары, прожоги, шлаковые включения, ослабленные швы);
  • возникающие во время сварки или при охлаждении конструкции из-за несоответствия зажимных приспособлений, кондукторов и прочей оснастки;
  • образующиеся при эксплуатации конструкций.

По характеру залегания дефекты в сварных соединениях можно разделить на внешние и внутренние.

Внешние дефекты — это несоответствие геометрических размеров шва (излишнее или недостаточное усиления, неравномерность ширины шва), неравномерная чешуйчатость, не заваренные кратеры, подрезы, поры, шлаковые включения и трещины, выходящие на поверхность.

Внутренние дефекты — это не провары между свариваемыми кромками деталей, не провары в корне шва, пережог металла, внутренние трещины, газовые поры и шлаковые включения, не выходящие на поверхность, структурные составляющие, несоответствие материалов свариваемых изделий.

По величине дефекты подразделяют на макроскопические, которые хорошо видны невооруженным глазом или рассматриваются под лупой с увеличением до 10 — 20 раз, и микроскопические, рассматриваемые под микроскопом с увеличением от 50 до 1500 раз.

Макроскопические и микроскопические дефекты и причины их образования. Неудовлетворительное формирование шва характеризуется крупной чешуйчатостью, неравномерной шириной и высотой шва, наличием наплывов и прожогов, а также не заваренных кратеров.

Подрезы — это углубления (канавки) в месте перехода основного металла к металлу сварного, шва (рис. 118, а).

Подрезы — опасные дефекты, которые могут привести к выходу из строя сварное изделие.

Подрезы устраняются наплавкой тонких (ниточных) швов электродами малых диаметров.

Прожоги (рис. 118,6) образуются в результате большой величины сварочного тока, из-за малого притупления кромок свариваемого изделия, большого зазора между свариваемыми кромками, а также при неравномерной скорости сварки. Прожоги являются недопустимыми дефектами и подлежат исправлению.

Не провары — это не сплавление между отдельными валиками, основным и- наплавленным металлом и не заполнение металлом расчетного сечения шва (рис. 118, в).

При V-образной разделке кромок могут быть не провары в корне стыковых швов, а при Х-образной разделке — в центре шва. Не провары могут быть также в стыковых и угловых швах и могут стать причиной разрушения конструкции в результате повышенных концентраций напряжений и уменьшения площади поперечного сечения металла шва.

Трещины (рис. 118,г) являются наиболее опасными дефектами. Возникновение трещин связано с химическим составом основного и наплавленного металла, а также со скоростью охлаждения сварного соединения и с жесткостью свариваемого контура.

Трещины, образовавшиеся в процессе сварки, называются горячими, а после охлаждения металла — холодными.

Трещины снижают статическую, динамическую и вибрационную прочность конструкции. В результате динамических нагрузок трещины быстро развиваются (увеличиваются в размере) и приводят к разрушению конструкции. На образование трещин влияет температура окружающей среды (чем ниже температура окружающей среды, тем больше вероятность образования трещин).

При сварке низкоуглеродистых сталей трещины встречаются редко.

Газовые поры (рис. 118,д) образуются в шве вследствие перенасыщения расплавленного металла сварочной ванны газами. Поры могут быть внутренними, не выходящими на поверхность сварного шва, и наружными, выходящими на поверхность шва. Они могут быть одиночными, групповыми либо располагаться цепочкой.

Появление пор в сварном изделии снижает механические свойства наплавленного металла (ударную вязкость, угол загиба, предел прочности) и нарушает герметичность изделия.

Неметаллические включения представляют собой загрязнение металла. Это чаще всего шлаки, не успевшие всплыть на поверхность металла в процессе кристаллизации. Неметаллические включения уменьшают рабочее сечение шва и приводят к понижению прочности сварного соединения.

Очередность контроля. Чтобы обеспечить высокое качество и надежность сварных соединений, необходимо выполнить предварительный контроль, пооперационный контроль, контроль готовых сварных соединений.

При предварительном контроле следует проверить: сварочные материалы (электроды, сварочную, проволоку, флюсы и газы) и материал для дефектоскопии;

  • сварочное оборудование, сборочно-сварочные приспособления, контрольно-измерительные приборы, инструмент, аппаратуру и приборы для проведения дефектоскопии.

Обязательно должна быть проверена квалификация сварщиков, контролеров и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами контроля сварных швов.

Пооперационный контроль включает: контроль подготовки деталей под сварку, режимов сварки и правильности наложения швов;

  • контроль в процессе сварки за состоянием оборудования, за качеством и соответствием присадочных материалов и контрольно-измерительных приборов.

Контроль готовых сварных соединений выполняют после выполнения термической обработки (если она предусмотрена требованиями технологического процесса).

Контроль сварных швов

Внешним осмотром проверяют заготовку под сварку (наличие закатов, вмятин, ржавчины), правильность сборки, правильное расположение прихваток, разделку под сварку, величина притупления. Внешним осмотром готового сварного изделия можно выявлять наружные дефекты ? не провары, наплывы, прожоги, не заваренные кратеры, подрезы, наружные трещины, поверхностные поры, смещение свариваемых элементов.

Перед осмотром сварной шов и прилегающую к нему поверхность основного металла по обе стороны на 15-20 мм от шва очищают от металлических брызг, окалины шлака и других загрязнений. Осматривают невооруженным глазом или лупой 5-10 кратным увеличением. При внешнем осмотре для выявления внешних дефектов швы замеряют различными измерительными инструментами и шаблонами. Замерами устанавливают правильность выполнения сварных швов и их соответствие ГОСТами, чертежам и техническим условиям. У стыковых швов проверяют ширину и высоту усиления, в угловых и тавровых швах ? величину катетов на рис. 3 представлен универсальный шаблон конструкции А. И. Красовского и примеры его использования. Границы выявленных трещин засверлят. При нагреве металла до вишнево-красного цвета трещины обнаруживаются в виде темных зигзагообразных линий.

Рис. 3 угловой шов

Пневматическое испытание проводят согласно ГОСТ 3242-79. Испытанию подвергают ёмкости и трубопроводы, работающие под давлением. Мелкогабаритные изделия герметизируют заглушками и подают в испытываемый сосуд воздух, азот или инертные газы под давлением, величина которого на 10-20 % выше рабочего. Сосуды небольшого объёма погружают в ванну с водой, где обнаруживают дефектные места. При испытании крупногабаритных изделий испытуемая конструкция герметизируется, после чего в неё подают газ ? под давлением, на 10-20 % превышающим рабочее давление. При испытании под давлением не допускается обстукивание сварных швов. Испытания должны проводиться в изолированных помещениях.

Вакуумный метод. Иногда проверяют плотность швов не повышением давления, а созданием вакуума. Для этого на определённом участке шва устанавливают специальную вакуум-камеру с прозрачной крышкой. Все сварные швы промазывают мыльным раствором, появление пузырей на промазанной поверхности шва служит признаком дефектов. Метод предусматривает использования переносных вакуум-камер, накладываемых на участок контролируемого соединения.

Испытание аммиаком. В испытуемое изделие подают аммиак в количестве 1 % от объёма воздуха при нормальном давлении, затем нагнетают сжатый воздух, который повышает в изделии давление до требуемого для проведения испытаний. Наружные швы, подлежащие испытанию, покрывают бумажной лентой. В местах не плотностей аммиак оставляет на бумаге чёрные пятна. Ленту можно пропитывать и фенолфталеином. Пятна будут красного цвета.

Техника безопасности при полуавтоматической сварки в среде углекислого газа

При газовой сварке и резке металлов сварочное пламя вредно действует на сетчатую сосудистую оболочку глаз. Опасность для глаз представляют также брызги расплавленного металла и шлака. Поэтому газосварщики должны работать в защитных очках со специальными светофильтрами, (марки Г-1) выбираемыми в зависимости от мощности сварочного пламени. Очки должны плотно прилегать к лицу. От брызг расплавленного металла и искр светофильтр рекомендуется защищать простым сменным стеклом. При сварке цветных металлов, латуни и свинца сварку необходимо вести в респираторах.

Во избежание ожогов от брызг расплавленного металла брюки необходимо носить на выпуск, куртку застёгивают на все пуговицы. Для сварочных работ используется костюмы из брезентовой парусины с комбинированной пропиткой. Работать можно только в целой, сухой не промасленной спецодежде. Карманы куртки закрывают клапанами, концы рукавов завязывают тесемками. После работы спецодежду необходимо просушивать.

При выполнении газопламенных работ ацетиленовый генератор должен находиться на расстоянии не менее 10 м от места работ, а также от любого другого источника огня и искр и на расстоянии не менее 5 м от баллонов с кислородом и другими горючими газами. Газосварщику и газорезчику запрещается перемещаться вне рабочего места с зажженной горелкой или резаком. При перерывах в работе пламя горелки или резака должно быть потушено, а вентили плотно закрыты.

На рабочем месте должна быть рабочая инструкция по эксплуатации данного ацетиленового генератора.

Не реже одного раза в месяц генераторы и водяные затворы разбирают для капитальной очистки.

При обратном ударе пламени необходимо немедленно перекрыть ацетиленовый вентиль горелки или резака, а затем кислородные. После каждого обратного удара горелку или резак необходимо охладить в чистой холодной воде, а выходные каналы мундштуков и наконечников прочистить латунными и деревянными иглами. В случае неисправности кислородного или ацетиленового вентиля горелку или резак следует сдать в ремонт.

При работе с керосинорезами необходимо выполнять следующие правила: перед работой тщательно проверить плотность всех соединений осмотреть резак, керосиновый бачок и убедится в их исправности, перед заливкой в бачок профильтровать керосин через слой войлока и пусковую каустическую соду для очистки от механических примесей. Давление в бачке должно быть меньше рабочего давления кислорода, в противном случае керосин проникает в кислородные каналы резака и кислородный рукав, что может привести к обратному удару. Бачок наполняется жидкостью не более ? полной вместимости бачка. Перед зажиганием керосинореза испаритель подогревают паяльной лампой или в жестяную банку, наполненную ветошью, сливают немного горючей жидкости, поджигают ее и пламенем подогревают испаритель. После этого зажигают подогревательное пламя.