Краткие данные о сварке с использованием электрической энергии
| Вид материала | Документы |
- Лабораторная работа №1. Источники энергии при сварке. Лазерная сварка. Цель лабораторного, 120.5kb.
- Приказ от 17 апреля 2000 года n 32/28/28/276/75/54 Об утверждении Концепции построения, 1590.1kb.
- Постановления Правительства Российской Федерации от 31 августа 2006 г. N 529 "О совершенствовании, 20.18kb.
- Электрические цепи постоянного тока, 1039.6kb.
- О проведении закупочных процедур, 56.79kb.
- Лекция n 1, 3404.14kb.
- Лекция №1, 2690.05kb.
- Зао «радио и микроэлектроника» Счетчик электрической энергии однофазный, активный,, 170.51kb.
- Методические указания по нормированию топливно-энергетических ресурсов при производстве, 1982.9kb.
- Правительства Российской Федерации от 30 июня 2004 г. N 332 Собрание закон, 391.45kb.
Краткие данные о сварке с использованием
электрической энергии.
С переходом к постройке сварных судов 60-70% объема работ по сборке и сварке выполняется в сборочно-сварочных цехах. В этих цехах изготовляются секции и блоки, которые затем передаются на построечное место, где их сваривают в общий корпус.
В сборочно-сварочных цехах широкое распространение получил поточный метод изготовления узлов и секций с непосредственным обеспечением всех линий деталями, узлами и изделиями насыщения. При сборке широко применяются механизмы и устройства, позволяющие фиксировать взаимное положение элементов конструкций с целью резкого сокращения сборочных прихваток. В то же время последние остаются необходимым элементом сборки, и сборка с их применением отличается от сварки кратковременности выполнения операций (3-5с).
Основным технологическим процессом в сборочно-сварочном и блочно-стапельном производстве является дуговая сварка. Она осуществляется путем нагрева металла до жидкого состояния в месте соединения деталей. Электрическая дуга - самый распространенный источник теплоты, используемый для сварки плавлением. Дуга может гореть между электродами и изделием или между двумя электродами расположенным над изделием. Дуговая сварка может выполняться на переменном и постоянном токе в различных газовых средах.
Из сварочных работ в сборочно-сварочных цехах широко применяются автоматическая и полуавтоматическая сварка (80-85% общего объема сварки), в том числе сварка в углекислом газе и одностороння сварка полотнищ с двусторонним формированием шва.
При выполнении вертикальных, потолочных швов, криволинейных швов и швов в труднодоступных местах используется ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Покрытие содержит вещества, необходимые для создания газовой и шлаковой защиты металла от воздуха и для физико-химической обработки жидкого металла с целью улучшения его качества. При изготовлении стальных судовых конструкций объем этих работ составляет 25-35%. Недостатками ручной сварки являются значительные потери электродного металла и плохие гигиенические условия на рабочем месте сварщиков.
В отрасли также применяется ручная сварка плавящимся и неплавящимся электродами в аргоне и в смеси углекислого газа и аргона. Однако, преимущественное применение имеют плавящиеся электроды. С их помощью можно сваривать всевозможные стали, медные и алюминиевые сплавы, чугун.
Разновидностью дуговой сварки является сварка в защитных газах. Защита контактных поверхностей аргоном применяется при сварке высокоактивных по отношению к кислороду и азоту материалов. Защита углекислым газом применяется при сварке углеродистых, низколегированных и некоторых хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей. Сварка в углекислом газе характеризуется большими потерями электродного металла. При сварке в аргоне и некоторых смесях аргона с кислородом и углекислым газом эти потери значительно меньше. Важной особенностью сварки в защитных газах является возможность выполнения вертикальных и потолочных швов.
Сварка под флюсом - другая разновидность дуговой сварки. Защита пространства, окружающего зону сварки от вредного излучения дуги, осуществляется применением специальных порошков - флюсов. Дуга при этом способе сварки горит в газовом пузыре, надежно защищаемом от воздуха слоем расплавленного флюса-шлака и твердого флюса. Этот вид сварки выполняется только автоматами и полуавтоматами. При сварке под флюсом затраты сварочной проволоки и электроэнергии по сравнению с затратами при ручной дуговой сварке незначительны.
Сварка и резка плазменной дугой находит все более широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе и в судостроении. Плазменная дуга характеризуется весьма высокой температурой (до 30 000 С) и широким диапазоном регулирования ее технологических свойств. Для сварки используется теплота, выделяемая плазмой дуги - ионизированным газом. Этим газом заполняется межэлектродное пространство. Дуга создается с помощью неплавящегося электрода (чаще вольфрамового). Струя плазмы плавит металл и выбрасывает его брызги из зоны сварки. Плазменная дуга применяется также для сварки тугоплавких металлов, металлов с неметаллами, для наплавки металлических слоев на поверхность деталей и нанесения покрытий путем расплавления электродной или дополнительно подаваемой в дугу присадочной проволоки. Плазменная дуга широко используется для резки металла.
При постройке судов применяются следующие сварочные материалы: 19 видов электродов с покрытием (УОНИ 13/45А, 48-11,13,15,ЭА-400/10У,400/13 и др.)- для ручной сварки, 11 типов сварочной проволоки - для сварки в аргоне (Св-07Х18МД, Св-08ГС, Св-04Х19Н11МЗ и др.), 18 типов проволоки и флюсов - для автоматической сварки под флюсом (проволока Св-08А, флюс ОСЦ-45, проволока Св-04Х19Н11МЗ, флюс ОФ-6 и др.), 5 типов проволоки и флюсов - для электрошлаковой сварки (проволока Св-19 Г2, флюс ОФ-06 и др.), 6 типов проволоки для сварки в углекислом газе (Св-06Г2С, Св-08ГС и др.) и другие материалы для специальных видов сварки.
В зависимости от применяемого способа создания физического контакта соединяемых поверхностей с помощью электрической энергии используют различной виды дуговой сварки.
Ручная электродуговая сварка плавящимся электродом
Особенностью ручной сварки в судостроении является выполнение ее в основном на нестационарных рабочих местах, в малых по объему секциях и блоках, в различных пространственных положениях. Наиболее широко ручная сварка применяется при работах на стапеле, монтаже и сборке секций, а также при достроечных работах.
По химическому составу стержни электродов изготовляют из сварочной проволоки (ГОСТ2246-70), они разделяются на низкоуглеродистые, легированные и низколегированные.
Покрытие электрода (обмазка) предназначена для улучшения качества сварного шва, стабилизации дуги, образования газовой защиты и предохранения расплавленного металла от окисления. Количество обмазки по отношению к весу стержня составляет 30-40%.
Электроды с фтористо-кальциевым покрытием. Применяется несколько типов таких электродов. Электроды с фтористо-кальциевым покрытием типа АНО относятся к числу сравнительно новых сварочных материалов. Они обладают улучшенными технологическими свойствами и предназначены для сварки особо ответственных конструкций. Сварку ими можно производить в любом пространственном положении.
Электроды типа АНО-7,АНО-8,АНО-9 и АНО-10 имеют одинаковый стержень, состоящий из проволоки Св-08А, но отличаются один от другого количеством и химическим составом компонентов покрытия.
У электродов типа АНО в составе покрытий содержатся следующие основные элементы: железный порошок, рутиловый концентрат, ферромарганец, слюда, целлюлоза, плавиковый шпат, мрамор, ферросилиций, карбоксиметилцеллюлоза и некоторые другие.
Хромоникелевые электроды. Электроды марок ЭА-400/10Уи ЭА-48А-2 хорошо зарекомендовали себя при сварке стальных конструкций, работающих при температурах до 350 С в контакте с агрессивной средой. Технологические преимущества этих электродов подтверждены исследованиями В.В.Ардентова, Т.И.Иванова, Г.Л.Петрова. Однако значительное содержание в стержне и покрытии токсических веществ потребовало детального изучения сварочного процесса с гигиенической точки зрения.
Ручная сварка с подогревом. Ручная дуговая сварка может выполняться с предварительным и параллельным нагревом свариваемых конструкций.
При ручной сварке с подогревом применяются электроды Цл-41,ЦЛ-27, в состав которых входит до 15% хрома, а в обмазку - плавиковый шпат (до 22%), ферромарганец и ферросилиций (по 4 %), феррохром (7?), ферромолибден (5%) и другие соединения.
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ДУГОЙ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
С
ущность и техника сварки дугой, вращающейся в магнитном поле. Интересно применение дуги при перемещении ее специально создаваемым внешним магнитным полем. На рис. 1 а показана схема сварки кольцевых стыков труб. Дуга вращается по внутренней поверхности кольцевого медного охлаждаемого водой электрода и по внешней поверхности свариваемых кромок труб. Взаимодействие магнитного поля дуги, создаваемого радиально направленным током и аксиально направленным магнитным полем в зазоре между трубами и электродом, создаваемым внешним электромагнитом, вызывает перемещение дуги. После необходимого разогрева кромок труб происходит их осадка вдоль оси труб. Трубы с толщиной стенки до 1,5 мм собирают без зазора и сваривают без осадки.
Рис. 1. Сварка дугой, вращающейся в магнитном поле:
а - дуга, горящая между неплавящимся электродом и поверхностью трубы;
б - дуга, горящая между кромками свариваемых труб;
в - дуга, горящая между вольфрамовым электродом и поверхностью изделия:
1 - трубы; 2 - катушка или катушки электромагнитов;
3 - дуга; 4 - электрод; 5 - трубная доска
При сварке по схеме, представленной на рис. 1 б, трубы собирают с определенным зазором. Дуга возбуждается в зазоре между кромками; направление тока дуги совпадает с осью труб. Катушки создают внешние магнитные потоки, направленные встречно, что приводит к созданию в зазоре между трубами радиальной составляющей магнитного поля. Взаимодействие радиальной составляющей с магнитным полем дуги приводит к перемещению дуги по кромкам труб. После их оплавления производят осадку труб вдоль их оси.
Трубы к трубной решетке (рис. 1, в) также приваривают дугой, перемещаемой под влиянием совместного взаимодействия продольного магнитного поля и магнитного поля дуги. Анодное пятно дуги находится на вольфрамовом электроде. Скорость перемещения дуги по кромке трубы достигает нескольких метров в секунду, и зрительно создается впечатление горения одной конусной дуги.
В рассмотренных случаях перемещения дуги в магнитном поле ее скорость зависит от величины сварочного тока, напряженности внешнего магнитного поля, металла изделия и ряда других условий сварки. Используя бегущее магнитное поле, такое же как в статорах электродвигателей переменного тока, можно управлять скоростью вращения дуги.
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ
Широкое применение этого способа в промышленности при производстве конструкций из сталей, цветных металлов и сплавов объясняется высокой производительностью процесса и высоким качеством и стабильностью свойств сварного соединения, улучшенными условиями работы, более низким, чем при ручной сварке, расходом сварочных материалов и электроэнергии.
К
недостаткам способа относится возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стекания расплавленных флюса и металла при отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10 ... 15°.Сущность способа. Наиболее широко распространен процесс с использованием одного электрода - однодуговая сварка. Сварочная дуга горит между голой электродной проволокой 1 и изделием, находящимся под слоем флюса 3 . В расплавленном флюсе 5 газами и парами флюса и расплавленного металла образуется полость -газовый пузырь 4, в котором существует сварочная дуга. Давление газов в газовом пузыре в сочетании с механическим давлением, создаваемым дугой, оказывается достаточным для оттеснения жидкого металла из-под дуги, что улучшает теплопередачу от нее к основному металлу. Повышение силы сварочного тока увеличивает механическое давление дуги и глубину проплавления основного металла.
Кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны 7 приводит к образованию сварного шва 6. Затвердевший флюс образует шлаковую корку 8 на поверхности шва. Расплавленный флюс, образуя пузырь и покрывая поверхность сварочной ванны, эффективно защищает расплавленный металл от взаимодействий с воздухом. Металлургические взаимодействия между расплавленным металлом и шлаком способствуют получению металла шва с требуемым химическим составом. В отличие от ручной дуговой сварки металлическом электродом при сварке под флюсом, так же как и при сварке плавящимся электродом в защитных газах, токоподвод 2 к электродной проволоке осуществляется на небольшом расстоянии (вылет электрода) от дуги (до 70 мм). Это позволяет без перегрева электрода использовать повышенные сварочные токи (до 2000 А). Плотность сварочного тока достигает 200 ... 250 А/мм2, в то время как при ручной дуговой сварке не превышает 15 А/мм2. В результате повышается глубина проплавления основного металла и скорость расплавления электродной проволоки, т.е. достигается высокая производительность процесса.
Сварку под флюсом можно осуществлять переменным и постоянным током. Подача электродной проволоки в дугу и перемещение ее осуществляется специальными механизмами. Существуют разновидности сварки под флюсом, когда в некоторых случаях целесообразно применение двухдуговой или многодуговой сварки. При этом дуги питаются от одного источника или от отдельного источника для каждой дуги. При сварке сдвоенным (расщепленным) электродом (рис. 1, а) дуги, горящие в общую ванну, питаются от одного источника.
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ НИЗКО- И СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Сварка низколегированных бейнитно - мартенситных сталей
Сварочные материалы. Электроды для ручной электродуговой сварки имеют низководородное фтористо-кальциевое покрытие. Широко применяют электроды типа Э70 по ГОСТ 9467-75. Сварку выполняют постоянным током при обратной полярности. Металл, наплавленный электродами, должен соответствовать следующему химическому составу, %: С до 0,10; Мn 0,8 ... 1,2; Si 0,2 ... 0,4; Cr 0,6 ... 1,0; Мо 0,2 ... 0,4; Ni 1,3 ... 1,8; S до 0,03; Р до 0,03.
Проволока для сварки в углекислом газе и смесях аргона с углекислым газом. При сварке в углекислом газе применяют проволоку марок Св-08Г2С, Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2Г2СМЮ (ГОСТ 2246-70) или порошковую проволоку.
Проволока марки Св-10ХГ2СМА обеспечивает прочность металла шва до 680 МПа и ударную вязкость до 25 Дж/см2 при температуре -60 °С. Металл шва, выполненного проволокой марки Св-08ХН2Г2СМЮ, имеет показатели прочности до 850 МПа и KCU до 40 Дж/см2 при температуре -70 °С. Благоприятное сочетание показателей механических свойств металла швов при сварке сталей с прочностью 580 ... 700 МПа позволяют получать порошковые проволоки с сердечником рутилфлюоритного типа.
При сварке высокопрочных сталей в смесях на базе аргона (78 % Аr + 22 % СО2 или 75 % Аr + 20 % СО2 + 5 % О2) используют проволоку марки Св-08ХН2ГМЮ, которая обеспечивает высокий уровень механических свойств и хладостойкость металла швов при сварке сталей с прочностью до 700 МПа.
Проволоки указанных марок рекомендуются и для сварки угловых швов с катетом свыше 15 мм. Для угловых швов с меньшим катетом в большинстве случаев используют проволоку марки Св-08Г2С. Эту проволоку применяют также при сварке низкоуглеродистых бейнитно - мартенситных сталей с низколегированными сталями повышенной прочности 09Г2, 10Г2С1, 14Г2, 10ХСНД и 15ХСНД.
Флюсы и сварочные проволоки. При автоматической сварке бейнитно - мартенситных сталей применяют низкокремнистые окислительные флюсы. Сварку выполняют проволоками Св-08ХН2ГМЮ или Св-08ХН2Г2СМЮ на постоянном токе обратной или прямой полярности. Это позволяет получать наплавленный металл с достаточно низким содержанием диффузионного водорода, неметаллических включений, серы и фосфора.
Сварка покрытыми электродами. Сварочный ток выбирают в зависимости от марки и диаметра электрода; при этом учитывают положение шва в пространстве, вид соединения и толщину свариваемого металла. При выполнении многослойных швов особое внимание уделяют качественному выполнению первого слоя в корне шва.
Разделки кромок заполняют в зависимости от толщины металла любым из известных способов наложения швов. Последовательное наложение швов применяют при сварке металла толщиной до 25 мм. Каскад и горку используют при сварке металла большей толщины. Выбор схемы заполнения разделки кромок определяется необходимостью сохранить температуру подогрева металла в процессе сварки.
Сварку технологических участков следует производить без перерывов, не допуская охлаждения сварного соединения ниже температуры предварительного подогрева и нагрева его перед выполнением следующего прохода выше 200 °С. При многопроходной сварке предварительный подогрев может использоваться только при выполнении первых проходов.
Сварка в защитных газах. Диаметр проволок сплошного сечения при сварке в углекислом газе и смесях газов выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и пространственного положения шва. Проволоками диаметром 1,0 ... 1,4 мм сваривают соединения толщиной 3 ... 8 мм, швы в различных пространственных положениях, а также корневые слои многослойных соединений. В остальных случаях используют проволоку диаметром 1,6 мм.
Сварку в смесях на основе аргона выполняют проволокой марки Св-08ХН2ГМЮ, при этом практически отсутствует разбрызгивание, швы имеют хороший внешний вид.
Сварка под флюсом. Сварку под флюсом выполняют на постоянном токе обратной полярности. Сила сварочного тока не превышает 800 А, напряжение дуги до 40 В, скорость сварки изменяют в диапазоне 13 ... 30 м/ч. Одностороннюю однопроходную сварку применяют для соединений толщиной до 8 мм и выполняют на остающейся стальной подкладке или флюсовой подушке.
Максимальная толщина соединений без разделки кромок, свариваемых двусторонними швами, не должна превышать 20 мм. Для стыковых соединений без скоса кромок (односторонних и двусторонних) используют проволоку марки Св-08ХН2М. Применять более легированные проволоки для таких соединений нецелесообразно, поскольку в этом случае швы имеют излишне высокую прочность.
Наиболее часто стыковые соединения подготавливают со скосом кромок. Сварку корневых швов стыковых соединений высокопрочных сталей с V- или Х-образной разделкой кромок обычно выполняют проволоками марок Св-08ГА или Св-10Г2. Заполнение разделок кромок осуществляется проволоками марок Св-08ХН2ГМЮ или Св-08ХН2ГСМЮ последовательным наложением слоев.
Электрошлаковая сварка. При электрошлаковой сварке низкоуглеродистых легированных сталей применяют технологические приемы, позволяющие повысить скорость охлаждения сварного соединения, например сопутствующее дополнительное охлаждение зоны сварки. При этом ниже ползуна устанавливается специальное устройство, которое охлаждает водой шов и зону термического влияния, что обеспечивает получение требуемой структуры и механических свойств этого участка сварного соединения.
Сварка среднелегированных мартенситно - бейнитных сталей
Для обеспечения эксплуатационной надежности сварных соединений необходимо при выборе сварочных материалов стремиться к получению швов такого химического состава, при котором их механические свойства имели бы требуемые значения. Характер изменения этих свойств зависит от доли участия основного металла в формировании металла шва. Поэтому, как правило, следует выбирать такие сварочные материалы, которые содержат легирующих элементов меньше, чем основной металл.
Легирование металла шва за счет основного металла позволяет повысить свойства шва до необходимого уровня. Однако следует помнить, что доля участия основного металла в металле шва, а значит, и степень легирования зависят от способа сварки, применяемого режима и других технологических приемов. Для обеспечения технологической прочности сварных швов, выполненных низколегированными сварочными материалами, содержание углерода в них не должно превышать 0,15 %, так как дальнейшее увеличение содержания углерода резко повышает склонность металла швов к образованию горячих трещин, а также существенно снижает пластичность и особенно ударную вязкость металла шва в эксплуатационных условиях. Необходимых прочностных характеристик металла шва достигают легированием его элементами, которые, повышая прочность, не снижают существенно его деформационную способность и ударную вязкость.
Высокую технологическую прочность и работоспособность можно получить, если содержание легирующих элементов в металле шва не превысит (в %): 0,15 С; 0,5 Si; 1,5 Мn; 1,5 Сr; 2,5 Ni; 0,5 V; 1,0 Mo; 0,5 Nb. Комбинируя различные легирующие элементы в указанных пределах, можно получить швы с временным сопротивлением до 600 ... 700 МПа в исходном после сварки состоянии и 850 ... 1450 МПа после соответствующей термообработки.
При сварке среднелегированных глубоко прокаливающихся высокопрочных сталей необходимо выбирать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение швов, обладающих высокой деформационной способностью при минимально возможном количестве водорода в сварочной ванне. Это может быть достигнуто применением низколегированных сварочных электродов, не содержащих в покрытии органических веществ и подвергнутых высокотемпературной прокалке (низководородистые электроды). Одновременно при выполнении сварки необходимо исключение других источников насыщения сварочной ванны водородом (влаги, ржавчины, органических загрязнений на кромках и др.).
Наиболее широко для сварки этих сталей применяют аустенитные сварочные материалы. В большинстве случаев в шве стремятся получить высоколегированную аустенитную хромоникелевую или хромоникелемарганцовистую сталь. Такой металл обладает высокой пластичностью и не претерпевает полиморфных превращений, т.е. сохраняет аустенитную структуру во всем диапазоне температур, вследствие этого растворимость водорода в шве с понижением температуры изменяется незначительно, а проницаемость его мала. Для механизированной сварки и изготовления стержней электродов в ГОСТ 2246-70 предусмотрены проволоки марок Св-08Х20Н9Г7Т и Св-08Х21Н10Г6, а в ГОСТ 10052-75 электроды типа ЭА-1Г6 и др. Электродные покрытия применяются вида Ф, а для механизированной сварки - основные флюсы.