Стыковое соединение без разделки кромок

 

Рис. Подготовка под сварку стыкового соединения без скоса кромок

 

Термины, относящиеся (по ГОСТ Р ИСО 17659-2009) к подготовке стыковых соединений
Позиция	Термин
A	Лицевая поверхность детали
B	Обратная сторона детали
C	Боковая кромка пластины
D	Расплавляемая поверхность (без скоса кромки)
E	Расплавляемая поверхность (со скосом кромки)
F	Поверхность притупления кромки
X	Подкладка
1	Толщина пластины
3	Боковое ребро детали
4, 11	Зазор между свариваемыми поверхностями
5	Ребро стыкуемой поверхности
6	Боковое ребро расплавляемой поверхности
7	Длина соединения
8	Продольное ребро скошенной кромки
9	Толщина соединения
10	Радиус при вершине разделки
12	Притупление кромки
14	Боковое ребро притупления кромки
15	Боковое ребро скошенной кромки
16	Ширина обработки кромки
17	Угол скоса кромки
18	Глубина обработки кромки
19	Ширина скошенной поверхности кромки
20	Ширина разделки
21	Угол разделки кромок
44	Выступ кромки

 

 

2. ХАРАКТЕРИСТИКА СВАРИВАЕМОГО МАТЕРИАЛА

 

Основной материал, применяемый для изготовления сварных конструкций, подбирается в соответствии с требованиями чертежа, ГОСТов и ТУ.

В разделе необходимо указать марку стали, указать её место в классификации по назначению и степени легирования. Необходимо обосновать целесообразность применения именно этой марки стали для изготовления заданной сварной конструкции.

В виде таблиц нужно привести химический состав стали и её механические свойства. Ниже приведены таблицы применительно к стали марки 20ХМА

 

                        Химический состав стали

                                                                                           Таблица 1.

С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Mo
0,17-0,24	0,17-0,37	0,40-0,60	< 0,030	< 0,035	0,8-1,0	< 0,40	0,15-0,25

 

   

                              Механические свойства стали

 

                                                                                                   Таблица 2.

σт  кгс/мм²	σв кгс/мм²	δ	αн кгс·м/см²
40	55	12	6,0

 

 

      Качество и характеристики основного материала должны подтверждаться сертификатами.

 

3. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ МАТЕРИАЛА

Газовая сварка.

Низкоуглеродистые стали содержат до 0,25 % углерода..

Трудности при сварке. Особых затруднений сварка не вызывает. Сталь обладает хорошей свариваемостью в широком диа­пазоне значений тепловой мощности пламени.

Характеристика пламени. Вид пламени — нормальное. Его тепловую мощность при левом способе сварки выбирают ис­ходя из расхода ацетилена 100... 130 дм³/ч на 1 мм толщины сва­риваемого металла, а при правом способе — 120... 150 дм³/ч.

Технологические особенности. Сварку проводят без флюса с использованием в качестве присадочного материала сва­рочной проволоки следующих марок:

• Св-08 и -08А — для неответственных конструкций;

• Св-08Г, -08ГА, -ЮГА и -14ГС — для ответственных конст­рукций.

Техника сварки. Сварку выполняют как левым, так и пра­вым способами.

Дополнительные меры. Для уплотнения и повышения пластичности наплавленного металла после сварки применяют про­ковку и последующую термообработку шва. Проковку рекоменду­ется осуществлять при температуре светло-красного каления (800... 850 °С) и заканчивать при температуре темно-красного каления.

Термической обработке после сварки подлежат ответственные и толстостенные конструкции.

Среднеуглеродистые стали содержат 0,25...0,6 % углерода.

Трудности при сварке. Свариваемость ухудшается по мере увеличения содержания углерода в стали. В сварном шве и околошовной зоне могут образовываться как горячие, так и хо­лодные трещины.

Характеристика пламени. Вид пламени — нормальное или слегка науглероживающее. Его тепловая мощность должна быть меньше, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Значение мощ­ности устанавливают исходя из расхода ацетилена 75... 100 дм³/ч на 1 мм толщины металла.

Технологические особенности. Сварку сталей при содержании углерода до 0,45 % проводят без флюса, а при 0,45...0,6 % — с флюсами следующих составов, %:

• прокаленная бура — 100;

• карбонат калия — 50, гидроортофосфат натрия — 50;

• борная кислота — 70, карбонат натрия — 30.

В качестве присадочного материала используют проволоку ма­рок Св-08ГА, -ЮГА и -12ГС.

При толщине металла свыше 3 мм осуществляют общий подо­грев изделия до температуры 250...350°С или местный подогрев горелками до температуры 600...650 °С.

Техника сварки. Сварку выполняют только левым спо­собом, так как он позволяет уменьшить перегрев основного металла.

Дополнительные меры. Для улучшения механических свойств сварного соединения шов проковывают при температуре 850...900 °С с последующим высокотемпературным отпуском при температуре 600... 650 °С.

Высокоуглеродистые стали содержат 0,6...2,0 % углерода.

Трудности при сварке. Плохо свариваются из-за обра­зования трещин в закалочных структурах основного металла.

Характеристика пламени. Вид пламени — нормальное или слегка науглероживающее. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 75...90 дм³/ч на 1 мм толщины ме­талла.

Технологические особенности. Сварку проводят с применением флюсов и проволок тех же марок, что и при сварке среднеуглеродистых сталей.

Сварку всех высокоуглеродистых сталей осуществляют с подо­гревом до температуры 250...350°С, а после сварки рекомендует­ся проковка шва с последующей нормализацией или отпуском.

Техника сварки. Сварку выполняют левым способом без поперечных колебаний мундштука горелки.

Дополнительные меры. Для снятия напряжений, повы­шения степени однородности структуры и улучшения механиче­ских свойств сварного соединения проводят послесварочную тер­мообработку.

Легированные стали. К легированным относятся стали, в состав которых кроме уг­лерода входят какие-либо другие элементы, придающие им осо­бые свойства. В зависимости от суммарного содержания легирую­щих элементов эти стали подразделяются на низко-, средне- и высоколегированные.

Низколегированные стали характеризуются суммарным содер­жанием легирующих элементов (кроме углерода), не превышаю­щим 2,5 %.

Трудности при сварке. Низколегированные строитель­ные стали 10ХСНД и 15ХСНД обладают хорошей свариваемостью при различной мощности газового пламени.

Характеристика пламени. Вид пламени — нормальное. Его тепловую мощность выбирают исходя из следующих значений расхода ацетилена на 1 мм толщины металла:

• при левом способе сварки — 75... 100 дм³/ч;

при правом — 100... 130 дм³/ч.

Технологические особенности. Сварку осуществля­ют без флюса с применением в качестве присадочного материала сварочной проволоки марок Св-08, -08А и -10Г2.

Техника сварки. Сварку выполняют как левым, так и пра­вым способами.

Дополнительные меры. Для улучшения механических свойств металла шва его проковывают при температуре светло-красного каления (800...850°С), а затем осуществляют нормали­зацию.

Низколегированные теплоустойчивые стали — это молибдено­вые (12М, 15М, 20М и 2МЛ) и хромомолибденовые (12ХМ, 15ХМ, 20ХМ и 30ХМ) стали.

Трудности при сварке. Происходит выгорание хрома и молибдена. Стали способны закаливаться на воздухе.

Характеристика пламени. Вид пламени — нормальное. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 100 дм³/ч на 1 мм толщины металла.

Технологические особенности. Сварку проводят без применения флюса с использованием в качестве присадочного материала сварочной проволоки марок Св-08ХНМ, -10ХНМА, -18ХМА, -08ХМ и -10ХМ. Сварку рекомендуется выполнять с предварительным подогревом стыка до температуры 250...300 °С.

При толщине металла до 5 мм сварку осуществляют за один проход. Сварку рекомендуется проводить с минимально возмож­ным числом перерывов.

При вынужденных перерывах перед возобновлением сварки не­обходимо подогреть весь стык до температуры 250... 300 °С. По окон­чании сварки пламя горелки следует медленно отвести вверх от стыка, чтобы газы полностью выделились из расплавленного ме­талла.

Техника сварки. Сварку выполняют как левым, так и пра­вым способами.

Дополнительные меры. Для получения сварных соедине­ний, равнопрочных основному металлу, по окончании сварки их нагревают горелкой: соединения из молибденовой стали — до тем­пературы 900... 930 °С, а из хромомолибденовой — до 930... 950 °С. После нагрева изделия охлаждают на воздухе.

Низколегированные хромокремнемарганцовистые стали марок 20ХГС, 25ХГС, 30ХГС, 30ХГСА и 35ХГС содержат до 3 % легиру­ющих элементов.

Трудности при сварке. Происходит выгорание хрома и кремния, что приводит к образованию оксидов, шлаков и непро-варов. Наблюдается склонность к закалке.

Характеристика пламени. Вид пламени — нормальное. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 75... 100 дм³/ч на 1 мм толщины металла.

Технологические особенности. Сварку проводят без флюса, в качестве присадочного материала используют свароч­ную проволоку следующих марок:

• для неответственных конструкций — Св-08 и -08А;

• для ответственных - Св-18ХГСА, -19ХГС, -13ХМА и -18ХМА.

Сварку рекомендуется выполнять без перерывов, не задержи­вая пламя горелки на одном месте. Для снижения уровня дефор­маций сварку осуществляют от середины шва к краям обратно-ступенчатым способом.

Техника сварки. Сварку проводят преимущественно ле­вым способом.

Дополнительные меры. Для устранения образования тре­щин в металле шва и околошовной зоне изделия после сварки медленно охлаждают.

Ответственные конструкции из этих сталей подвергают закал­ке и отпуску.

Среднелегированные и высоколегированные хромистые стали (1X13, 2X13 и др.) содержат не более 14 % хрома.

Трудности при с в а р к е. Стали склонны к образованию закалочных структур на воздухе и трещин в области шва и около­шовной зоне. Конструкции из этих сталей имеют склонность к короблению.

Характеристика пламени. Вид пламени — нормальное. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 70 дм³/ч на 1 мм толщины металла.

Технологические особенности. Сварку проводят с применением флюса следующего состава, %: борная кислота — 55, оксид кремния — 10, ферромарганец — 10, феррохром — 10, ферротитан — 5, титановая руда — 5, плавиковый шпат — 5.

В качестве присадочного материала используют сварочную про­волоку марок Св-02Х19Н9, -04Х19Н9 и -06Х19Н9Т.

Сварку выполняют с предварительным подогревом до темпе­ратуры 200...250"С и максимально допустимой скоростью, без перерывов и повторного нагрева. Сварку осуществляют в один слой.

Техника сварки. При толщине металла до 3 мм применя­ют левый способ сварки, при толщине свыше 3 мм — правый.

Дополнительные меры. После сварки проводят термо­обработку, предусмотренную для данной марки стали.

Высоколегированные (содержащие свыше 10 % легирующих эле­ментов) хромистые (свыше 14 % хрома) и хромоникелевые стали сваривать газовой сваркой не рекомендуется из-за резкого ухуд­шения их эксплуатационных свойств.

Правила безопасности при сварке сталей, содержащих вредные вещества (цинк, марганец, фтор, медь), состоят в следующем.

При газовой сварке оцинкованных сантехнических трубопро­водов, сопровождающейся выгоранием цинка из углеродистых сталей, для защиты от его паров сварщик должен пользоваться респиратором или щитком с принудительной подачей воздуха в зону дыхания.

При газовой сварке легированных сталей нужно обращать вни­мание на состав применяемого флюса. При наличии в нем вред­ных для здоровья сварщика элементов необходимо использовать дополнительные средства индивидуальной защиты (респираторы, противогаз и др.).

Сварка меди. Температура плавления меди составляет 1083 °С, а температура ее кипения — 2360 °С.

Трудности при сварке. Высокая теплопроводность меди требует применения более мощного пламени, чем при сварке стали.

Склонность меди к окислению способствует образованию ту­гоплавких оксидов. При расплавлении медь поглощает газы, находящиеся в воздухе, которые затрудняют газовую сварку и приводят к порообразованию. Наличие таких примесей, как свинец, сера, висмут и кислород, ухудшает ее свариваемость.

Сильное тепловое расширение приводит к значительным де­формациям металла.

Характеристика пламени. Вид пламени — строго нор­мальное. Его тепловую мощность выбирают в зависимости от тол­щины свариваемых деталей:

• до 4 мм — исходя из расхода ацетилена 150... 175 дм³/ч на 1 мм толщины металла;

• при толщине 4... 10 мм — 175...225 дм³/ч.

Если толщина меди превышает 10 мм, то сварку проводят дву­мя горелками: первая осуществляет подогрев, вторая — непо­средственно сварку. Пламя должно быть «мягким» (с минимально возможной длиной ядра).

Технологические особенности. Сварку выполняют с применением флюса, предохраняющего медь от окисления (см. табл. 5.4).

В качестве присадочных материалов используют прутки и про­волоку из меди и ее сплавов с серебром, никелем, железом и другими металлами (см. табл. 5.7). Диаметр присадочной проволо­ки зависит от толщины меди: он должен составлять 0,5... 0,75 тол­щины металла, но не более 8 мм.

Техника сварки. Сварку проводят как левым, так и пра­вым способами с максимальной скоростью и без перерыва.

Сварка меди осуществляется за один проход.

Дополнительные меры. Для компенсации потерь тепло­ты вследствие ее отвода в основной металл применяют предвари­тельный и сопутствующий подогрев свариваемых кромок. Сварку выполняют на асбестовой подкладке. В процессе сварки нагретый металл должен быть всегда защищен пламенем.

После сварки металла толщиной до 4 мм шов проковывают в холодном состоянии, при большей толщине — при нагреве до температуры 550...600 "С. Дополнительно улучшить свойства ме­талла шва после проковки можно с помощью термической обра­ботки (нагрев до температуры 550...600°С и охлаждение в воде).

Сварка латуни. Латунь представляет собой медно-цинковый сплав (см. подразд. 4.3.1). Температура ее плавления изменяется в пределах 800...900 "С в зависимости от содержания цинка.

Трудности при сварке. Выгорание цинка оказывает от­рицательное влияние на здоровье сварщика.

Поглощение газов металлом в расплавленном состоянии при­водит к порообразованию.

Отмечается склонность металла шва и околошовной зоны к образованию трещин при температуре 300...600°С.

Сравнительно высокая теплопроводность латуни требует при­менения более мощного пламени, чем при сварке стали.

Характеристика пламени. Вид пламени — окислитель­ное, препятствующее выгоранию цинка из-за наличия оксидной пленки на поверхности свариваемого металла.

Тепловую мощность пламени выбирают исходя из расхода аце­тилена 100... 120 дм³/ч на 1 мм толщины металла.

Технологические особенности. Изделия толщиной до 1 мм сваривают с отбортовкой кромок, 1...5 мм — с отторцован-ными кромками, 6... 15 мм — с У-образной разделкой кромок, 15... 25 мм — с Х-образной разделкой. Свариваемые кромки долж­ны быть зачищены до металлического блеска. Возможно травле­ние кромок в 10%-ном растворе азотной кислоты, после чего их промывают горячей водой и насухо протирают ветошью.

Сварку проводят с применением флюсов (см. табл. 5.4) и при­садочной проволоки (см. табл. 5.7). Для латуней Л62 и Л68 эффек­тивно использование самофлюсующихся присадочных проволок ЛКБО62-0,2-0,04-0,5.

Сварку выполняют с максимально возможной скоростью.

Техника сварки. Сварку осуществляют левым способом. Конец ядра пламени располагают на расстоянии 7... 10 мм от свариваемой поверхности. Конец присадочной проволоки должен постоянно находиться в зоне сварочного пламени, которое на­правляют на проволоку. Ее держат под углом 90° к мундштуку.

Дополнительные меры. После сварки швы подверга­ют проковке. Латуни, содержащие более 40 % цинка, проковы­вают при температуре выше 650 "С, а менее 40 % — в холодном состоянии. Затем проводят отжиг изделия при температуре 600...650 "С.

Сварка бронзы. Согласно классификации по химическому со­ставу различают оловянные (3... 14 % олова) и безоловянные брон­зы (см. подразд. 4.3.1). Температура плавления первых 900... 950 °С, вторых — 950... 1080°С. Рассмотрим особенности сварки оловян­ной бронзы.

Трудности при сварке.К факторам, затрудняющим про­ведение сварки и ухудшающим свойства сварного соединения, относятся выгорание олова и цинка, высокая жидкотекучесть брон­зы и порообразование.

Характеристика пламени. Вид пламени — строго нор­мальное. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода аце­тилена 70... 120 дм³/ч на 1 мм толщины металла. Пламя «мягкое», без перегрева жидкой ванны.

Технологические особенности. Сварку проводят с применением тех же флюсов, которые используют при сварке меди (см. табл. 5.4). Присадочные материалы по химическому составу аналогичны свариваемому изделию.

Сварку осуществляют в нижнем положении на подкладных эле­ментах из асбеста или графита.

Техника сварки. Сварку выполняют преимущественно ле­вым способом. Конец ядра пламени располагают на расстоянии 7... 10 мм от поверхности свариваемого металла.

При сварке следует перемешивать сварочную ванну присадоч­ным прутком, периодически добавляя флюс в жидкий металл.

Дополнительные меры. Для особо ответственных изде­лий с повышенным содержанием олова рекомендуется отжиг при температуре 750 °С и закалка при 600... 650 °С.

Газовая сварка редко используется для получения соединений алюминиевых и кремнистых бронз, которые лучше свариваются дуговыми способами, например аргонодуговым.

Сварка алюминия и его сплавов. Температура плавления алю­миния 660 °С, пленки оксида алюминия (А1₂0₃) — 2050 °С.

На поверхности алюминия и его сплавов постоянно присут­ствует пленка оксида, которая образуется вследствие их взаимо­действия с кислородом воздуха.

Трудности при сварке. Сварка затруднена из-за нали­чия прочной тугоплавкой пленки оксида на поверхности алюми­ниевых сплавов, которую необходимо устранить.

Высокая теплопроводность материалов требует повышенной мощности пламени. В алюминии и его сплавах возникают значи­тельные остаточные напряжения и деформации, велика вероят­ность образования трещин. При нагревании алюминий не меняет цвет, что осложняет работу сварщика.

Характеристика пламени. Сварку проводят нормальным «мягким» пламенем. Его тепловую мощность выбирают исходя из расхода ацетилена 75 дм³/ч на 1 мм толщины металла.

Технологические особенности. Основным видом со­единений при газовой сварке алюминия и его сплавов является стыковое. Выполнять тавровые, угловые и нахлесточные соедине­ния не рекомендуется. Кромки разделывают механическим спосо­бом и за 2 ч до сварки тщательно зачищают.

Сварку осуществляют в нижнем положении за один проход с максимально возможной скоростью.

Детали толщиной свыше 10 мм перед сваркой рекомендуется подогреть до температуры 300...350 "С.

Сварку проводят с применением флюсов (см. табл. 5.3), в каче­стве присадочного материала используют сварочную проволоку одиннадцати марок (см. табл. 5.8).

После сварки остатки флюса тщательно удаляют.

Техника сварки. Левым способом сваривают детали тол­щиной до 5 мм, правым — толщиной свыше 5 мм. Сварку плоских конструкций целесообразно выполнять обратноступенчатым ме­тодом.

Дополнительные меры. Перед сваркой кромки свари­ваемых деталей и присадочную проволоку промывают в течение 10 мин в щелочном растворе, содержащем 20... 25 г едкого натра и 20... 30 г карбоната натрия на 1 дм³ воды, при температуре 65 °С с последующей промывкой в воде. После этого кромки и приса­дочную проволоку подвергают травлению в течение 2 мин в 15%-ном растворе азотной кислоты, промывают в горячей и хо­лодной воде, а затем сушат.

Правила безопасности предусматривают при проведении свар­ки латуней на открытой площадке применение респиратора, а в замкнутых резервуарах — шлангового противогаза во избежание попадания в органы дыхания паров цинка, входящего в состав латуней.

 

Ручная сварка.

Ручная дуговая сварка металлоконструкций из иизкоуглероди-стых сталей выполняется электродами типа Э46 (марки МР-3, АНО-3 и АНО-4) с рутиловым покрытием, а также типов Э42А и Э50А (марки УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55) с фтористо-кальцие­вым покрытием. Для высокопроизводительной сварки вертикаль­ных швов способом сверху вниз рекомендуются электроды АНО-9 (тип Э50А).

Сварку угловых швов на металле большой толщины и выпол­нение первого слоя многослойных швов (при толщине сваривае­мого металла свыше 30 мм) рекомендуют проводить при опреде­ленных температурах или с предварительным подогревом свари­ваемых кромок до температуры 120... 150°С во избежание появле­ния трещин.

Низкоуглеродистые низколегированные стали, у которых легирующими элементами являются марганец, крем­ний, хром, никель, ванадий и молибден, используют для сниже­ния массы и повышения коррозионной стойкости конструкций.

Режим сварки большинства низколегированных низкоугле­родистых сталей должен быть выбран с учетом уменьшения до­пустимой скорости охлаждения при сварке и ограничения пе­регрева.

Ручная дуговая сварка сталей этого вида выполняется электро­дами с фтористо-кальциевым покрытием для предотвращения об­разования трещин. Рекомендуются следующие марки электродов: УОНИ-13/45, СМ-11 и АНО-8 (тип Э42А); УОНИ-13/55, ТМЛ-ЗУ, ОЗС-12, АНО-7 и ВСН-3 (тип Э50А); УОНИ-13/65 (тип Э60А); ЦЛ-17 и др. Подготовка кромок, режимы сварки и порядок нало­жения швов практически не отличаются при сварке различных низкоуглеродистых сталей. Прихватки выполняют теми же элект­родами, что и сварку, и полностью переплавляют. Зажигать дугу, а также выводить кратеры на поверхность свариваемых деталей (вне кромок) запрещается.

Сварка в углекислом газе производится порошковой проволо­кой марки ПП-АН4 или ПП-АН8, а также сплошной сварочной проволокой, выбор марки которой зависит от предела текучести свариваемой стали:

Предел текучести

стали, МПа....... Менее 400      400      Не менее 590

Марка

проволоки.......... Св-08Г2С Св-08Г2С Св-10Х2ГСМА

Св-08Г2СЦ Св-08Г2СЦ

Св-08ХГСМА

Св-10ХГ2СМА

Технология и режимы сварки (табл. 8.6) идентичны таковым при сварке низкоуглеродистых сталей. Для повышения коррози­онной стойкости сварных швов применяют проволоку Св-08ХГ2С.

Низкоуглеродистые теплоустойчивые стали имеют повышенную механическую прочность при высоких тем­пературах. Наиболее широкое применение они находят в тепло­энергетике. Характерными легирующими элементами для этой группы сталей являются хром, молибден и вольфрам. Среди ос­новных марок сталей можно отметить 12ХМ, 15ХМ, 20ХМ, 20ХМФ и 15Х1М1Ф

Сварка вольфрамовым электродом в инертных газах или их сме­сях выполняется при постоянном токе прямой полярности (за исключением сталей с большим содержанием алюминия, когда применяют переменный ток). Данный способ сварки используют при толщине металла до 5...7 мм для получения корневых швов на стыках повышенной толщины (остальные валики могут вы­полняться под флюсом, покрытыми электродами или плавящим­ся электродом в защитных газах).

Сварку ведут непрерывно горящей или импульсной дугой, вруч­ную, механизированно или автоматически на режимах.

Сварку плавящимся электродом выполняют полуавтоматически или автоматически в инертных и активных газах или смесях газов. При сварке сталей, содержащих легкоокисляющиеся элементы (алюминий, титан и др.), в качестве защитного газа рекомендуют использовать аргон. Для сварки в инертных газах необходимо вы­бирать силу тока, обеспечивающую струйный перенос электрод­ного металла (табл. 8.13).

При использовании смесей аргона с кислородом и углекислым газом наблюдается повышенный угар легкоокисляющихся легиру­ющих элементов (например, содержание титана уменьшается вдвое) и возможно науглероживание металла-шва. Науглероживание кор­розионно-стойких сталей можно нейтрализовать увеличением со­держания в металле шва титана, ниобия и ферритизаторов (крем­ний, алюминий, хром). Рекомендуется выбирать режимы, обеспе­чивающие минимальное разбрызгивание.

 

 

2.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВАРИВАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА КОНСТРУКЦИИ

 

Под свариваемостью понимается способность стали при сварке образовывать высококачественное сварное соединение без трещин, пор и других дефектов.

На свариваемость стали существенно влияет содержание углерода и легирующих элементов. Чем больше склонность стали к полной закалке и чем менее пластичной получается структура металла, тем вероятнее образование трещин в околошовной зоне и тем выше должна быть температура предварительного подогрева перед сваркой.

Основным элементом, увеличивающим закаливаемость и прокаливаемость сталей, является углерод. Влияние других легирующих элементов может быть оценено пересчётом их содержания в стали в эквивалентно действующее содержание углерода. Для пересчёта каждого элемента в эквивалентное содержание углерода подбираются соответствующие коэффициенты, приведённые в следующей формуле:

 

                                  Сэкв = С +

где содержание элементов дано в процентах.

Если Сэкв  0,38%, то сталь сваривается хорошо                          для углеродистых

Если Сэкв = 0,39…0,45%, то сталь сваривается удовлетворительно             сталей

 

Если Сэкв = 0,46…0,59%, то сталь хорошо сваривается       для низколегированных

Если Сэкв 0,6%, то сталь плохо сваривается                                            сталей

 

 

Если сталь сваривается плохо, то необходим предварительный подогрев, он будет

тем выше, чем выше эквивалент углерода.

Оценка закаливаемости сталей в условиях сварки является весьма приближённой,

Так как не учитываются многие факторы, в том числе способ сварки, толщина

металла и другие.

Свариваемость сталей для конкретных условий зависит не только от её химического состава, но и от толщины металла. Влияние толщины металла учитывается поправкой к эквиваленту углерода Сэкв по формуле:

                                                        N = 0,005SCэкв

где S – толщина металла в мм

0,005 – коэффициент толщины, определяемый опытным путём

Следовательно, полный эквивалент углерода определяется по формуле:

                                      

                                       С'экв = Сэкв(1 + 0,005S)

 

В этом случае температура предварительного подогрева Тпод свариваемых деталей определяется по формуле:

                                                  Тпод =350

В ряде случаев, чтобы избежать предварительного подогрева при сварке низколегированных сталей повышенной прочности с большим эквивалентом углерода, сварку производят низководородистыми электродами по специальной технологии.

Таблица 3.1

Классификация сталей по свариваемости

Груп­па	Сваривае­мость	Эквивалент­ное содер­жание углерода	Характеристика условий сварки	Стали
I	Хорошая	Не более 0,25	Свариваются любыми способами без применения особых приемов — подогрева и термической обработки	2, 3, 10, 15 Г, 10Г2, 09Г2, 10Г2С
II	Удовлетворитель­ная	0,25...0,35	Требуются строгое соблюде­ние режимов сварки, приме­нение специального приса­дочного материала, тщатель­ная очистка свариваемых кро­мок, в отдельных случаях — предварительный и сопутст­вующий подогрев до темпе­ратуры 100... 150 °С, термическая обработка	15ГС, 15ХМ, 10ХСНД, 14ХГС, 15ХСНД, 18Г2С, 15ХГСА
III	Ограни­ченная	0,35...0,45	Требуются подогрев до температуры 250...400 °С и отпуск после сварки. Перед сваркой стали подвергают термической обработке. При сварке без подогрева возмож­но образование трешин	12Х1МФ, 20ХМФЛ, 15Х1М1Ф, 15X1 Ml ФЛ, 30ХГС, 35Г2, 30ХМ, 10ГН2МФА, 15Х2НМФА
IV	Плохая	Более 0,45	Высокая склонность к появле­нию трещин в шве и около­шовной зоне, несмотря на при­менение специатьных техноло­гических мер: подогрева, проме-жуточного отпуска и т.д. При сварке обязательны предварительный подогрев и последующая термическая обработка	45Х, 45 Г, 40Г2, 40ХС, 40ХМФА, 35ХГСА, ЗОХНЗА, 40ХН2МА, 36Х2Р2МФА

 

 

2.6. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВИДА И СПОСОБА СВАРКИ

 

Выбор того или иного способа сварки зависят от следующих факторов:

- толщины свариваемого материала;

- протяжённости сварных швов;

- требований к качеству выпускаемой продукции;

- химического состава металла;

- предусматриваемой производительности;

- себестоимости 1 кг наплавленного металла;

Среди способов электродуговой сварки наиболее употребляемыми являются.

- ручная дуговая сварка;

- механическая сварка в защитных газах;

- газовая сварка.

Ручная дуговая сварка (РДС) из-за низкой производительности и высокой трудоёмкости не приемлема в серийном и массовом производствах. Она используется в основном в единичном производстве.

 

 

Наиболее широкое применение находит ручная сварка электри­ческой дугой прямого действия. Лучшие результаты достигаются при сварке короткой дугой, длина которой обычно не превышает 0,5... 1,1 диаметра электрода, токе 90...350 А и напряжении дуги 18... 30 В. При большой длине дуги усиливаются окисление элект­родного металла и разбрызгивание, уменьшается глубина провара.

Схема ручной дуговой сварки металлическим покрытым элек­тродом показана на рис. 7.1. Возбуждение дуги происходит при кратковременном замыкании электрической сварочной цепи ка­санием свариваемого металла концом электрода.

В процессе сварки по мере плавления электрода его подводят к изделию, одновременно перемещая вдоль соединения и поперек стыка для получения необходимой формы и сечения шва.

При сварке покрытым электродом происходит плавление стерж­ня и покрытия. Расплавляющееся покрытие образует шлак и газы. Шлаковый слой предохраняет металл от взаимодействия с кислоро­дом и азотом воздуха. Газы оттесняют воздух из зоны плавления (зоны дуги) и обеспечивают дополнительную защиту от контакта с ним.

Покрытыми электродами сваривают и наплавляют черные и цветные металлы и различные сплавы. Рациональная область при­менения дуговой сварки покрытыми электродами — изготовле­ние конструкций из металлов с толщиной соединяемых элементов более 2 мм при небольшой протяженности швов, расположенных в труднодоступных местах и различных пространственный положениях.

Основные достоинства данного способа сварки — универсальность и простота оборудования, а его недостаток — невысокая производительность, которая обусловлена малыми допустимыми  значениями плотности тока и тем, что формирование шва происходит в основном за счет электродного металла. Производительность процесса определяется коэффициентом наплавки я_н, который зависит от физико-химических свойств покрытия, рода тока 1 и его полярности, состава электрода, режима сварки и обычно! изменяется в пределах от 8 до 12 г/(Ач).

Поскольку при сварке покрытыми электродами до 15... 20 % 1 длины стержня электрода теряются в виде неиспользуемых огарков и 5... 10 % массы стержня составляют потери на угар и разбрызгивание, общие потери могут достигать 30 %.

 

Наиболее целесообразно использование механизированных способов сварки.

Одним из таких способов является полуавтоматическая сварка в углекислом газе, которая в настоящее время занимает значительное место в народном хозяйстве благодаря своим технологическим и экономическим преимуществам.

Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки, возможность полуавтоматической и автоматической сварки швов, находящихся в различных пространственных положениях, что позволяет механизировать сварку в различных пространственных положениях, в том числе сварку неповоротных стыков труб.

Небольшой объём шлаков, участвующих в процессе сварки в СО₂ позволяет в ряде случаев получить швы высокого качества

Экономический эффект от применения сварки в углекислом газе существенно зависит от толщины свариваемого металла, типа соединения, расположения шва в пространстве, диаметра электродной проволоки и режимов сварки.

Себестоимость 1 кг наплавленного металла при сварке в углекислом газе всегда ниже, чем при газовой и ручной дуговой сварке.

При сварке в углекислом газе проволокой диаметром 0,8-1,4 мм изделий из стали, толщиной до 40 мм во всех положениях выработка на средних режимах на автоматах в 2-5 раз выше, а на полуавтоматах - в 1,8-3 раза выше, чем при ручной дуговой сварке.

При сварке в углекислом газе проволокой диаметром 0,8-1,4 мм вертикальных и потолочных швов из стали толщиной 8 мм и более и в нижнем положении толщиной более 10 мм проволоками диаметром 1,4-2,5 мм производительность в 1,5-2,5 раза выше, чем при ручной электродуговой сварке.

Производительность сварки в углекислом газе проволоками диаметром 1,4-2,5 мм из стали толщиной 5-10 мм в нижнем положении зависит от характера изделия, типа и размера соединения, качества сборки и др. При этом производительность только в 1,1-1,8 раза выше, чем вручную.

Перечисленные технологические и экономические преимущества сварки в углекислом газе позволяют широко использовать этот метод в серийном и массовом производствах.

Для выполнения швов большой протяженности на металле средних и больших толщин целесообразно применение автоматической сварки под флюсом. При сварке под флюсом вылет электрода значительно меньше, чем при ручной дуговой сварке. Поэтому можно, не опасаясь перегрева электрода и отделения защитного покрытия, в несколько раз увеличить силу сварочного тока, что позволяет резко увеличить производительность сварки, которая в 5-20 раз выше, чем при ручной дуговой сварке, коэффициент наплавки достигает 14-16 г/Ач в некоторых случаях даже 25-30 г/Ач.

Плавление электродного и основного металла происходит под флюсом надёжно изолирующим их от окружающей среды. Флюс способствует получению чистого и плотного металла шва, без пор и шлаковых включений, с высокими механическими свойствами Введение вo флюс элементов-стабилизаторов и высокая плотность тока в электроде позволяет производить сварку металла значительной толщины без разделки кромок. Практически отсутствуют потери на угар и разбрызгивание электродного металла. Процесс сварки почти полностью механизирован. Механизированная сварка под флюсом по сравнению с РДС значительно улучшает условия труда сварщика-оператора, повышает общий уровень и культуру производства [2. C.227-233], [6, с.127-129].