Текст
ПРОФТЕХОБРАЗОВАНИЕ
СВАРКА РЕЗ<А
*
ам. РЫБАКОВ
СВАРКА
1
chipmaker.ru
В. М. РЫБАКОВ
СВАРКА
И РЕЗКА
МЕТАЛЛОВ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ИСПРАВЛЕННОЕ
Одобрено Ученым советом
Государственного комитета СССР
по профессионально-
техническому образованию
в качестве учебника
для средних профессионально-
технических училищ
Chiflmaker.ru
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1979
chipmaker.ru
ББК 34.64
Р93
УДК 621.791
Отзывы и замечания просим направлять по адресу:
103051, Москва, К-51, Негличная ул., 29114, издагАелъство
«.Высшая школа».
Chipmaker.ru
Рыбаков В. М.
Р93 Сварка и резка металлов: Учебник для сред, проф -
техн, училищ. — 2-е изд., испр. — М.: Высш, школа,
1979. — 214 с., ил. — (Профтехобразование. Сварка.
Резка).
50 к.
В книге даны сведения об оборудовании, инструменту nPHj
способлениях и материалах, применяемых для дуговой й газовой
сварки, наплавки и резки металлов; освещены основные вопросы
технологии и техники сварки углеродистых и легированнУх сталей,
чугуна, цветных металлов и сплавов; описаны виды свэРных со-
единений, швов и контроль качества сварки; кратко изложены
вопросы механизации и автоматизации и техники безоп^сности в
сварочном производстве.
31206—156
Р----------87—79 2704060000 6П4.3
052(01)—79 Б₽к Я4’64
© Издательство «Высшая школа», 1977
© Издательство «Высшая школа», 1979, с изм£нениями
chipmaker.ru
ВВЕДЕНИЕ
В «Основных направлениях развития народ-
ного хозяйства СССР на 1976 -1980 годы»,
утвержденных XXV съездом КПСС, сказано,
что «главная задача пятилетки состоит в по-
следовательном осуществлении курса Комму-
нистической партии на подъем материального
и культурною уровня жизни народа на основе
динамичною и пропорциональною развития
общественною производства и повышения его
эффективности, ускорения научно-технического
прогресса, роста производительности грудщ
всемерною улучшения качества работы во всех
звеньях народною хозяйства».
Среди задач, подлежащих выполнению в пе-
риод 1976 , 1980 п.. съезд указал на необходи-
мость совершенствования методов обработки
металла, значительною повышения произво-
дительности и улучшения условий груда в сва-
рочном производстве.
Сварку и термическую резку широко исполь-
зуют в народном хозяйстве страны. Это объ-
ясняется прежде всего экономией металла. При
изготовлении сварных конструкций применяют
стыковые соединения, при изготовлении клепа-
ных — нахлесточные. Благодаря этому эконо-
мия металла, например, при сварке строитель-
ных конструкций (фермы, колонны, балки) со-
ставляет около 20%. Сокращение расхода ме-
талла снижает стоимость сварных изделий.
Стоимость их снижается также за счет сокраще-
ния трудоемкости на 5—30% против трудоем-
кости изготовления клепаных изделий.
Советский Союз занимает ведущее место
среди крупнейших стран мира по развитию сва-
рочной науки и техники, а по некоторым пока-
зателям сварочною производства - первое ме-
сто, например, по объему сварочных работ,
по темпам роста производства сварочных ма-
териалов, оборудования и по количеству подго-
тавливаемых рабочих-сварщиков.
Наша страна -- родина наиболее распро-
страненною вида сварки дуговой. СССР
первым предложил подводную, электрошла-
ковую, диффузионную сварку, сварку в космосе.
В десятой пятилетке предстоит увеличить
на предприятиях мощности по производству
сварных конструкций, контрольное задание на
выпуск которых в 1980 г. в 1,24 раза больше по
сравнению с заданием на 1975 г. Надлежит
также развить производство наплавочных ра-
бот. Все больше пройзводится сварных изделий
не только из сталей, но и из алюминия, меди,
никеля, титана и их сплавов, а также из разно-
родных материалов, например, алюминия и
стали.
Одним из способов повышения износостой-
кости деталей в механизмах, поверхности кото-
рых работают на истирание, является наплавка
сплавами с особыми свойствами.
Весьма распространенным и прогрессивным
процессом разделения металла или его поверх-
ностной обработки является термическая резка,
во многих случаях полностью заменяющая ‘ме-
ханическую обработку. В настоящее время при-
меняется кислородная резка сплавов железа,
титана и некоторых других сплавов. Наряду с
кислородной стала выполняться резка метал-
лов низкотемпературной плазмой. Очень важ-
3 ;
chipmaker.ru
ной для научно- технически! о прогресса следует
считать газо-лазерную речку внедрение кото-
рой даст мтачительпыЙ жономический эффект.
Для контроля качества сварки применяются
как разрушающие, так и неразрушающие виды
контроля, основанные, как правило, на послед-
них достижениях науки и 1ехиики
Десятая пятилетка - это нятилеука качества
и высокой эффективности производства. Вы-
пускать продукцию отличною качества, совер-
шенствовать приемы труда, соблюдать новей-
шую передовую технологию могут только ра-
бочие, хорошо овладевшие теорией и передовой
практикой. Большое значение имеет повышение
профессионального мастерства и культурно-
технического уровня рабочих.
Изучение теоретических основ сварочного
производства в сочетании с производственным
обучением, полученным в учебных заведениях
системы профтехобразования, позволит уча-
щимся стать квалифицированными сварщи-
ками.
chipmaker.ru
ГЛАВА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ
Chipmaker.ru
§ 1. Сущность и классификация
процесса сварки
Сваркой называется процесс получения не-
разъемных соединений посредством установле-
ния межатомных связей между свариваемыми
частями при их местном или общем нагреве,
или пластическом деформировании, или со-
вместным действием того и другого.
Определение сварки относится к металлам
и неметаллическим материалам (пластмассы,
стекло, резина и т. д.).
Свойства материала определяются его внут-
ренним строением — структурой атомов. Все
металлы в твердом состоянии являются телами
с кристаллической структурой. Аморфные тела
(стекло и др.) имеют хаотическое расположение
атомов. Для соединения свариваемых частей в
одно целое нужно их элементарные частицы
(ионы, атомы) сблизить настолько, чтобы меж-
ду ними начали действовать межатомные связи,
что ц достигается местным или общим нагре-
вом или пластическим деформированием или
тем и другим.
В зависимости от условий, при которых осу-
ществляется сваривание (образование межатом-
ных связей) частиц металла, различают свар-
ку плавлением и сварку давле-
нием.
Ряе. 1. Схема соединения деталей сваркой плавле-
нием:
а — детали перед сваркой, б — детали после сварки
Сущность сварки плавлением (рис. 1) со-
стоит в том, что металл по кромкам сваривае-
мых деталей 1 и 2 подвергается плавлению от
нагрева сильным концентрированным источни-
ком тепла: электрической дугой, газовым пла-
менем, химической реакцией, расплавленным
шлаком, энергией электронного луча, плазмой,
энергией лазерного луча. Во всех этих случаях
образующийся от нагрева жидкий металл од-
ной кромки самопроизвольно соединяется с
жидким металлом другой кромки. Создается
общий объем жидкого металла, который назы-
вается сварочной ванной. После за-
стывания металла сварочной ванны получается
металл шва 4. Металл шва может образоваться
только за счет переплавления металла по кром-
кам 3 или дополнительного присадочного ме-
талла, введенного в сварочную ванну.
Зона частично оплавившихся зерен металла
на границе кромки свариваемой детали и шва
называется зоной плавления; в этой зоне дости-
гается межатомная связь. При этом металл
шва тесно соприкасается с i [еталлом сваривае-
мых частей, а загрязнения, находившиеся на по-
верхностях свариваемых частей, всплывают на-
ружу, образуя шлак.
Сущность сварки давлением (рис. 2) состоит
в пластическом деформировании металла в ме-
сте соединения под действием силы Р. Находя-
щиеся на соединяемых поверхностях различные
загрязнения вытесняются наружу, а поверхно-
сти свариваемых частей будут чистыми, ровны-
ми и сближенными по всему сечению на расстоя-
ние атомного сцепления. Зона, в которой уста-
новилась межатомная связь, называется зоной
соединения. Ширина зоны соединения измеря-
ется десятками микрон.
Пластическую деформацию кромок деталей
осуществить легче, если нагревать место со-
единения. Источником тепла (при сварке с мест-
ным нагревом) служит электрический ток, газо-
вое пламя, химическая реакция, механическое
трение; при сварке с общим нагревомкуз-
нечный горн, нагревательная печь.
Процесс сварки делят на три класса
(ГОСТ 19521—74): термический, термомехани-
ческий и механический. Термический класс объ-
единяет виды сварки, осуществляемые плавле-
нием металла. Термомеханический кДасс вклю-
чает виды сварки, осуществляемые давлением
с использованием тепловой энергии. К меха-
ническому классу относятся виды сварки, вы-
полняемые давлением с дополнительной меха-
нической энергией.
5
chipmaker.ru
Рис. 2. Схема соединения деталей сваркой давлением:
а — стыковая контактная сварка, б — точечная контактная сварка;
/ и 2 — свариваемые детали. 3 — медные электроды, 4 — место сварки,
5 — сварочный трансформатор^ Р — сжимающее усилие
Сварка по виду применяемой энергии под-
разделяется на следующие основные виды:
давлением с общим' нагревом: кузнечная,
про Наткой, выдавливанием;
давлением с местным нагревом: контактная,
индукционно-прессовая, термитно-прессовая,
газопрессовая, диффузионная, дуго-прессовая;
давлением без нагрева металла внешним ис-
точником тепла; ультразвуковая, холодная, тре-
нием, взрывом, магнитноимпульсная;
плавлением: дуговая, газовая, термитная,
электрошлаковая, электронно-лучевая, лазер-
ным лучом, плазменная.
§ 2. Краткая характеристика
дуговой сварки
Развитие сварки. Дуговая сварка — один из
видов сварки плавлением, при которой местное
плавление свариваемых частей осуществляется
электрической дугой.
Электрическая дуга и ее свойства, в частно-
сти плавление ею электродного металла впер-
вые в мировой литературе описаны автором
опытов с электрической батареей, профессо-
ром, а затем академиком Санкт-Петербургской
Медико-хирургической академии Василием
Владимировичем Петровым (1761—1834 г.)
в труде «Известие о гальвани-вольтовских
опытах», C.i-Петербург, 1803 года.
Долгое время дуга Петрова нигде не при-
менялась из-за отсутствия прежде всего прак-
тически пригодных источников электрического
тока. Позднее, в 1849 году впервые в России
(и в мире) дуга была применена на башне
Адмиралтейства, осветив петербургские улицы.
С этого же времени она стала использоваться
и для плавильных работ.
Важные исследования по изысканию и раз-
работке источников сварочного тока и техно-
логии дуговой сварки разнообразных метал-
лов принадлежат нашим соотечественникам
Н. Н. Бенардосу и Н. Г. Славянову, внесшим
большой вклад в развитие мировой науки и
техники по сварке.
Николай Николаевич Бенардос (1842—1905)
автор многих изобретений в различных отрас-
лях техники, в 1882 г. применил дугу для сварки,
а в 1885 г. взял патент под названием «Способ
соединения и разъединения металлов непосред-
ственным действием электрического тока»,
Н. Н. Бенардос в 1885 г. организовал в Петер-
бурге общество «Электрогефест», которое вы-
полняло сварочные работы в различных местах
России, Сохранившиеся в архиве Н. Н. Бенар-
доса описания, чертежи и рисунки указывают
на то, что по существу все виды дуговой сварки,
применяющиеся ныне, предложены им. сварка
угольным и металлическим электродами, в том
числе и с применением флюса, сварка косвенно
действующей дугой, горящей между двумя
электродами, сварка в защитном газе. Им пред-
ложены также магнитное управление дугой и
автоматы для сварки угольным и металличе-
ским электродами.
Инженер Николай Гаврилович Славянов
6
chipmaker.ru
6 ‘t
Рис. 3. Сварочная электрическя.1 цепь с дугой
(1854—1897) в 1891 г. получил два патента под
названиями «Способ и аппараты для электри-
ческой отливки металлов» и «Способ электри-
ческого уплотнения металлических отливок».
Впервые в мире Н. Г. Славянов спроектировал
и изготовил сварочный генератор постоянного
тока. На Пермском заводе он организовал
крупный по тому времени электросварочный
цех, в котором с 1891 по 1894 г. лично им и под
его руководством было отремонтировано свар-
кой 1631 изделие обшей массой 250 т; при этом
было израсходовано 11 т стальных электродов.
Н. Г. Славянов в своей практике применял ду-
говые автоматы (электроплавильники) собст-
венной конструкции, Н. Г Славяновым опубли-
ковано несколько научных работ по сварке.
Условия получения ,iyi и. Сварочной дугой на-
зывается мощный устойчивый электрический
разряд,. происходящий в газовом промежутке
между электродами, либо между электродом
и изделием.
Для получения дуги нужна электрическая
цепь с источником питания. Для питания дуги'
электрическим током пользуются при пере-
менном токе сварочным трансформатором, при
постоянном юге - сварочным преобразова-
телем, ai рет а । ом с двигателем внутреннего
сгорания или сварочным выпрямителем. От
источника питания 5 ток подводится сварочны-
ми проводами 4 через электрододержатель 3
к электроду 2 и свариваемому изделию 6 (рис 3),
между которыми горит дута /. Включив источ-
ник питания, сварщик зажигает дугу и под тер-
живает ее горение. Для зажитания дуги на клем-
мах источника питания должно быть напряже-
ние в несколько десятков вольт. Сила тока,
проходящая по сварочной цепи, может дости-
гать нескольких тысяч ампер.
Дуговая сварка плавящимся и ненлавящимся
электродами. При, сварке плавящимся электро-
дом шов образуется за счет расплавления элект-
рода и кромок оснбвиого металла, при сварке
неплавяшимся электродом шов заполняется
металлом свариваемых частей.
К плавящимся электродам относят сталь-
ные, медные и алюминиевые, а к неплавящим-
ся — угольнйте, графитовые и вольфрамовые.
При горении дуги плавящийся электрод по
мере его плавления необходимо непрерывно
подавать в дугу (в зону сварки) и поддерживать
по возможности постоянную длину дуги. Дли-
ной дуги L называют расстояние между концом
электрода и поверхностью кратера (углубления)
в сварочной ванне (рис. 4). При горении дуги
с ненлавящимся электродом длина дуги с те-
чением времени возрастает и в процессе сварки
необходима корректировка.
Зашита металла шва ог воздуха при дуговой
сварке. При горении дуги и плавлении свари-
ваемого и электродного металлов требуется
защита сварочной ванны от действия газов воз-
духа (кислорода, азота, водорода), с тем чтобы
они не проникали в жидкий метагиг и не ухуд-
шали качество металла шва. Поэтому при свар-
ке защищают зону дуги (наг реваемый электрод,
саму дугу и сварочную ванну). По способу за-
щиты металла оз воздуха дуговая сварка раз-
деляется на следующие виды: сварка покрыты-
ми электродами, порошковой проволокой, в
защитном газе, под флюсом, самозащитной
проволокой и со смешанной защитой.
П о к р ы ты й электрод представляет
собой металлический стержень с нанесенными
на его поверхность порошкообразными мате-
риалами на клеящем растворе. Сварка покры-
тыми электродами улучшает качество металла
шва. Защита металла о г воздуха осуществля-
ется за счет шлака и газов, образующихся при
Рис. 4. Сварочная дуга:
1 — сварочная ванна, 2 — электрод: L — длина дуги
7
chipmaker.ru
Направление сварен
Рис. 5. Схема сварки под флюсом:
1 - электродная проволока, 2 — образующаяся кап-
ля, 3 газовый пузырь, 4 дуга, 5 сварочная
ванна, 6 расплавленный флюс, 7 - нерасплавлен-
ный флюс 8 изделие
плавлении покрытия. Покрытые электроды
предназначены для ручной сварки, г е такой,
где две обязагольные операции процесса (пода-
ча электрода в зону дуги и перемещение дуги
по изделию с целью образования шва) выполня-
ются сварщиком вручную. Ручная сварка по-
крытыми электродами позволяет /выполнять
швы в любом пространственном положении и
в труднодоступных местах.
При дутовой сварке под флюсом
(рйе 5) дуга 4 горит под т1трошкообразным
флюсом 7, слой которого полностью закрывает
дугу и зону сварки Электродом служит голая
металлическая проволока 1, Флюс защищает
расплавленный металл от газов воздуха и
улучшает качество металла шва. Дуговая свар-
। ка под флюсом выполняется автоматами и
полуавтоматами. Сварочный автомат — это ап-
парат, в котором подача сварочной проволоки
в дугу и перемещение дуги по изделию механи-
зированы. В сварочном полуавтомате,
перемещаемом вручную, механизирована толь-
ко подача проволоки Сварочная проволока
вместе с токоподводящим проводом проходит'
внутри гибкого шланга, поэтому полуавтоматы
называются шланговыми.
Для дуги, горящей под флюсом, нужны боль-
шие токи, кроме того, управление электродом
вручную под флюсом сильно затруднено, по-
этому полуавтоматическая сварка под флюсом
часто заменяется полуавтоматической сваркой
открытой дугой. Сварка открытой ду-
гой выполняется порошковой проволокой, в за-
щитном' газе и самозатцитной проволокой.
Порошковая проволока пред-
ставляет собой свернутую из тонкой стальной
ленты оболочку, внутри которой запрессован
порошок из смеси веществ, играющих ту же
роль в повышении устойчивости сварочной дуги
и улучшения качества металла шва, что и элект-
родное покрытие или флюс. Сварка порошковой
проволокой осуществляется шланговыми полу-
автоматами.
Сварку в защитном газе прово-
дят с подачей в зону дуги через электрододер-
жатель струи защитного газа. Сварка выполня-
ется как плавящимся, так и неплавящимся
электродом и может быть ручной, полуавтома-
тической и автоматической. В качестве защит-
ных газов применяют углекислый газ, аргон,
гелий, иногда (для сварки меди) азот и смеси
газов. Инертные газы (аргон, гелий) чаще ис-
пользуют для сварки легированных сталей и
химически активных металле® (алюминий, ти-
тан и др.) и их сплавов.
Институт электросварки им. Е. О. Патона
проводит исследования по сварке самозащит-
ной проволокой. Самозащитная про-
волока — это голая проволока сплошного
сечения, содержащая такие легирующие эле-
менты, которые обеспечивают высокое качество
шва. Самозащитная проволока применяется
при сварке арматурной стали.
Контрольные вопросы
1. Что называется сваркой?
2. В чем заключается сущность сварки плавлением?
3. Как происходит сварка давлением?
4. Назовите виды сварки плавлением, давлением.
5. Назовите основоположников дуговой сварки.
6. Какие должны быть выполнены условия для
получения дуги?
7. Какие существуют виды дуговой сварки по при-
знаку плавления электрода?
8. Перечислите основные виды дуговой сварки по
способу защиты металла от возду: а
chipmaker.ru
ГЛАВА
II
ОБОРУДОВАНИЕ СВАРОЧНОГО
ПОСТА ДЛЯ РУЧНОЙ
ДУГОВОЙ СВАРКИ
§ 3. Сварочный пост
Сварочный пост — рабочее место сварщика,
оборудованное всем необходимым для выпол-
нения сварочных работ. Сварочный пост уком-
плектован источником питания, электрическими
проводами, электрододержателем, сборочно-
сварочными приспособлениями и инструмен-
том, щитком или маской.
Сварочные посты в зависимости от рода при-
меняемого тока и типа источника питания дуги
делят на следующие виды:
постоянного тока с питанием от однопосто-
вого или многопостового сварочного преобра-
зователя или сварочного выпрямителя;
переменного тока с питанием от сварочного
трансформатора.
Сварочные посты могут быть стационарны-
ми или передвижными. ,
Стационарные посты представля-
ют собой открытые сверху кабины для сварки
изделий небольших размеров. В кабине обычно
помещают однопостовой сварочный трансфор-
матор или сварочный выпрямитель. Вращаю-
щийся преобразователь постоянного тока соз-
дает при работе сильный шум. поэтому его
лучше размещать за пределами кабины. При
питании сварочных постов от многопостовых
преобразователей постоянного тока и выпря-
мителей сварочный ток разводят по кабинам
проводами или шинами. В кабине устанавли-
вается рубильник или магнитный пускатель для
включения источника сварочного тока На ра-
бочем стопе располагаются специальные при-
Рис. 6. Сварочные посты для ручной в полуавтоматической сварки:
а — ручная сварка от сварочного трансформатора или сварочного выпрямителя, б свар-
ка шланговым полуавтоматом; I — сеть-электропитания, 2 рубильник, 3—источник
питания дуги, 4 — сварочные провода, 5 — подвеска полуавтомата. 6 катушка с элект-
родной проволокой, 7 — механизм подачи проволоки 8 — шланг для подачи электродной
проволоки, 9 — горелка или электрододержатель, 10- консоли с рельсом
9
chipmaker.ru
способления для сборки и зажатия свариваемых
деталей, а также ящики для штучных электродов
и инструмента. На стенке кабины подвешивают
сушильный шкаф для прокалки электродов.
Передвижные посты применяют
при сварке крупногабаритных изделий непо-
средственно на производственных площадях
цехов или строительных площадках. Защита от
лучей дуги в этих случаях производится щита-
ми, а защитой источников питания дуги от
дождя и снега служат навесы.
Схемы сварочных постов для ручной и по-
луавтоматической дуговой сварки даны на
рис. 6.
' § 4. Устройство сварочного трансформатора
Сварочный трансформатор преобразует пе-
ременный ток одного напряжения в перемен-
ный ток другого напряжения той же частоты и
служит для питания сварочной дуги. Трансфор-
матор имеет стальной сердечник (магнитопро-
вод) и две изолированные обмотки. Обметка,
подключенная к сети, называется первичной,
а обмотка, подключенная к электрододержате-
Рис. 7. Сварочный трансформатор ТСК-500:
а — вид без кожуха, б — схема регулирования
лю и свариваемому ’ изделию, J— вторичной.
Для надежного зажигания дуги вторичное на-
пряжение сварочных трансформаторов должно
быть не менее 60—65 В; Напряжение дуги при
ручной сварке обычно не превышает 20—30 В.
Одним из наиболее распространенных ис-
точников питания переменного тока является
сварочный трансформатор ТСК-500 (рис. 7;
В нижней части сердечника 1 находится пер-
вичная обмотка 3, состоящая из двух катушек,
расположенных на двух стержнях. Катушки
первичной обмотки закреплены неподвижно.
Вторичная обмотка 2, также состоящая из двух
катушек, расположена на значительном рас-
стоянии от первичной. Катушки как первичной,
так и вторичной обмоток соединены параллель-
но. Вторичная обмотка — подвижная и может
перемещаться по сердечнику при помощи вин-
та 5, с которым она связана, и рукоятки 6, на-
ходящейся на крышке кожуха трансформатора.
Регулирование сварочного тока производит-
ся изменением расстояния между первичной и
вторичной обмотками. При вращении рукоят-
ки 6 по часовой стрелке вторичная обмотка при-
ближается к первичной, магнитный поток рас-
сеяния и индуктивное сопротивление уменьша-
ются, сварочный ток возрастает. При вращении
рукоятки против часовой стрелки вторичная
обмотка удаляется от первичной, магнитный
поток рассеяния растет (индуктивное сопротив-
ление увеличивается) и сварочный ток умень-
шается. Пределы регулирования сварочного
тока — 165—650 А. Последовательное соеди-
нение катушек первичной и вторичной обмоток
позволяет получать малые сварочные токй с
пределами регулирования 40—165 А.
сварочного тока, « — электрическая схемг
10
chipmaker.ru
Для приближенной установки силы свароч-
ного тока на верхней крышке кожуха располо-
жена шкала с делениями. Более точно сила тока
определяется по амперметру. .
Сварочный трансформатор ТСК-500 в от-
личие от ТС 500 имеет в первичной цепи бата-
рею конденсаторов 4. Конденсатор включается
параллельно первичной обмотке и предназна-
чен для повышения коэффициента мощности
(косинуса «фи»)г
Однотипными, но меньшей мощности, яв-
ляются трансформаторы ТС-300 и ТСК-300.
Трансформаторы ТД-500 и ТД-300 работают
по такому же принципу, но для переключения
обмоток с параллельного на последовательное
соединение снабжены переключателями бара-
банного типа.
§ 5. Устройство сварочного выпрямителя
Свойство некоторых материалов пропускать
электрический ток в одном направлении ис-
пользуется в сварочной технике для преобразо-
вания переменного тока в пульсирующий по-
стоянный ток. Материалами выпрямительного
элемента (вентиля) служат селен и кремний.
Сварочные выпрямители выполняются р по-
давляющем большинстве случаев по трехфаз-
ной схеме, преимущества которой заключаются
в большом числе пульсаций напряжения (рис. 8)
и более равномерной загрузке трехфазной сети.
Одним из весьма распространенных являет-
' ся сварочный выпрямитель ВСС-300-3. Он со-
: стоит из понижающего трехфазного трансфор-
матора с подвижной обмоткой, блока селено-
вых вентилей и устройства, регулирующего
сварочный ток. Трансформатор выпрямителя
имеет два диапазона регулирования сварочного
тоЛ: диапазон малых токов при включении
обмоток трансформатора звездой и диапазон
больших токов — при включении треугольни-
ком. Первичная обмотка сварочного трансфор-
матора выпрями геля ВСС-ЗОО-З — подвижная,
катушки вторичной обмотки закреплены в верх-
ней части сердечника. Сварочный выпрямитель
имеет три панели с клеммами для присоедине-
ния к ним электрических проводов. Две из них
предназначены для подключения проводов сети
и сварочных проводов, третья—для переклю-
чения, диапазонов сварочного тока.
Сварка пульсирующим постоянным током
может производиться на прямой и обратной
полярности.. При прямой полярности изделие
5) т
Рис. 8. Трехфазная схема выпрямления переменного
тока:
а — схема включения, 6 — выпрямленный ток внеш-
ней цепи; 1, 2, 3, 4, 5, 6 — полупроводниковые вен-
тили (диоды)
подсоединяется к клемме (+) выпрямителя,
а электрод — к клемме (—), при обратной по-
лярности — наоборот.
Включение сварочного выпрямителя
ВСС-300-3 осуществляется пакетным выклю-
чателем ПВ.
Техническая характеристика .на сварочные
выпрямители других типов ДаЯа в гл. XXI.
I
§ 6. Устройство сварочного преобразователя
Сварочный преобразователь состоит из сва-
рочного генератора постоянного тока и при-
водного электродвигателя, размещенных обыч-
но в общем корпусе И на общем валу. Привод-
ной электродвигатель преобразует электриче-
скую энергию переменного тока в механиче-
11
chipmaker.ru
скую, а сварочный генератор, преобразует мег
ханическую энергию в электрическую энергию
постоянного тока, питающего сварочную дугу.
Для вращения генератора в сварочных преоб-
разователях применяется трехфазный асинхрон-
ный электродвигатель. Сварочный генератор
постоянного тока состоит из статора с магнит-
ными полюсами и якоря с обмоткой и коллек-
тором. При работе генератора якорь вращается
в магнитном поле, создаваемом полюсами,
Обмотка якоря пересекает магнитные линии
полюсов генератора и в витках обмотки воз-
никает переменный ток, который с помощью
коллектора преобразуется в постоянный. К кол-
лектору прижаты угольные щетки, через кото-
рые постоянный ток подводится к клеммам.
К этим клеммам присоединяются сварочные
провода, идущие к электрододержателю и из-
делии}.
Снижение напряжения при нагрузке (при
горении дуги) и ограничение силы тока корот-
кого замыкания осуществляется взаимодейст-
вием магнитных потоков, создаваемых обмот-
ками полюсов.
Преобразователь установлен на тележку для
перемещения по цеху или рабочей площадке.
Регулирование сварочного тока произво-
дится реостатом, включенным в обмотку маг-
нитных полюсов.
Сварочные преобразователи строятся по раз-
личным электрическим схемам, описания кото-
рых приведены в гл. XXI.
§ 7. Обслуживание источников питания дуги
Обслуживание сварочного оборудования, в
том числе источников питания дуги, входит в
обязанности энергетика цеха или другого ра-
ботника, назначенного приказом по предприя-
тию. Он должен производить монтаж оборудо-
вания, обучение обслуживающего персонала
(электромонтеры, наладчики, сварщики), на-
блюдение за правильностью эксплуатации и
ремонта оборудования. Подключение и отклю-
чение от сети, заземление и техническое обслу-
живание с ремонтом источников питания
(табл. 1) производятся обученными электро-
монтерами, допущенными к этим работам. На
монтажных площадках, стапелях и в цехах за
одним наладчиком закрепляется до 10 свароч-
ных агрегатов. Наладчик наблюдает за усло-
виями эксплуатации оборудования сварщика-
ми, составляет дефектные ведомости на ремонт
1. Основные виды работ но эксплуатация
и техническому обслуживанию
источников питания дуги
Виды работ Периодичность
Трансформаторы для дуговой сварки
1. Перед пуском трансфор- матора в работу проверка на- дежности заземления, присоеди- нив сварочных проводов и крепления болтовых и винтовых Ежедневно
соединений
2. Смазка ходовых винтов Два раза в ме-
механизма перемещения обмот- ки й других подвижных частей сяц
3. Продувка трансформато- Олин раз в ме-
ра сухим сжатым воздухом СЯЦ
4. Проверка сопротивления То же
изоляции обмоток (минимально допустимое сопротивление изо- ляции— 0,5 МОм)
5. Проведение текущего ре- Один раз в
моита трансформатора Сварочные генераторы 6 месяцев
1. Проверка надежности за- Ежедневно (за-
земления, присоединения сва- меченные недос-
рочных проводов, пускового татки устранять
устройства, состояния шеток и при их обнаруже-
коллектора иии)
2. Продувка генератора су- Один раз в ме-
хим сжатым воздухом СЯЦ
3. Проверка сопротивления То же (при
изоляции обмоток (минималь- меньшем сопро-
но допустимое сопротивление тивлении изоля-
изоляции — 0,5 МОм) пии генератор просушить)
4. Промывка подшипников Один раз в
керосином и замена смазки Сварочные выпрямители 6 месяцев
1, Выполнение тех же работ, что и при эксплуатации свароч- ных трансформаторов Ежедневно
2. Наблюдения за тем, что-' бы ие было перегрева выпрями- тельных элементов, руководст- вуясь заводской инструкцией на сварочный выпрямитель »
оборудования и сам выполняет мелкие работы
по ремонту.
На предприятиях, где иет специально при-
крепленных’ к сварочным постам наладчиков и
электромонтеров, сварщикам разрешается под-
ключать и отключать сварочные провода, про-
дувать сжатым воздухом сварочные преобра-
12
chipmaker.ru
зователи и трансформаторы, чистить коллек-
торы, закреплять контакты сварочной цепи.
Основные обязанности сварщика по обслу-
живанию источника питания:
1. Перед включением источника питания
очистить его от пыли и грязи, проверить надеж-
ность изоляции сварочных проводов и их при-
соединения, а также оградить место сварки щи-
тами, ширмами или брезентовыми занавеся-
ми. При обнаружении дефектов в источнике и
в сварочных проводах сообщить об этом произ-
водственному мастеру, наладчику или электро-
монтеру для их устранения.
2. Убедиться в наличии заземления и его
надежности.
3. Обеспечить защиту оборудования от ат-
мосферных осадков.
4. Включить источник питания магнитным
пускателем или рубильником.
5. Во время сварки работать только в бре-
зентовых рукавицах и брезентовом костюме.
В сырую погоду или в сыром помещении поль-
зоваться резиновыми ковриками (или гало-
шами).
§ 8. Принадлежности и инструмент сварщика
Для зажатия электрода и подвода к ’ нему
сварочного тока служит э л е к тр о д о д е р-
ж а т е л ь. Более совершенными являются
электрододержатели с пружинами (рис. 9);
применяются также винтовые, пластинчатые,
вилочные и другие типы электрододержателей.
Согласно ГОСТ 14651—69 электрододержа-
тели выпускаются трех типов в зависимости
от силы сварочного тока: I типа — для тока
125 А; II типа — 125—315 А; III типа — 315—
500 А.
Электрододержатель должен выдерживать
без ремонта 8000 зажимов электродов. Время
смены электрода не должно превышать 4 с.
Щитки и маски изготовляются по
ГОСТ 1361—69. Материалом служит черная
фибра или пластмасса с матовой поверхностью.
Масса щитка не должна превышать 0,48 кг,
маски — 0,50 кг.
Защитные-стекла (светофильтры) предназна-
чены для защиты глаз и кожи лица от лучей ду-,
ги, брызг металла и шлака. Основные виды
светофильтров приведены в табл. 2.
Размер светофильтра — 52x102 мм. Све-
тофильтр вставляется в рамку щитка или маски
Светофильтр защищают от брызг • снаружи
Рис, 9« Типы электрододержателей:
а - с продольной пружиной, d диаметр пружи-
ны, Р сипа зажима электрода. Л — i мм. держа-
тель закрыт с двух сторон текстолитовыми наклад-
ками: б с поперечной пружиной
обычным оконным стеклом. Прозрачное стек-
ло сменяется по мере загрязнения
Сварочный провод служит для под-
вода тока от источника питания к электрододер-
жателю н изделию. Электрододержатели при-
соединяются к гибкому с медными жилами
проводу ПРГД или ПРГДО (ГОСТ 6731 68).
При отсутствии значительных механических
воздействий можно использовать провод
АПРГДО с алюминиевыми жилами Медный
провод ПРГД может противостоять воздейст-
вию ударных нагрузок, а также трению о метал-
лические конструкции,, абразивные материалы.
Медный провод ПРГДО и алюминиевый
2. Светофильтры
Основные виды
светофильтров
I. Светофильтры
для сварщиков при
токе:
от 30 до 75 А
. от 75 ло 200 А
от 200 до 400 А
свыше 400 А
2 Светофильтры
для вспомогательных
рабочих
Обозва чение Класси1-* фикапИ” Ьгвый1 номер Марка стекла
Э-1 9 тс-з
Э-2 10 гс-з
Э 3 11 тс-з
Э-4 12 тез
В 1 2.4 ГС 1
В-2 3 ТС 1
В-3 4- ТС-2
13
chipmaker.ru
А11РГДО не могут подвергаться значительно-
му механическому воздействию. Длина гибкого
провода, к которому присоединяется электро-
додержатель, обьино равна 2—3 м, остальная
часть его может быть заменена проводами
марок КРИТ, КРПТН, КРПГ, КРПС КРПСН
с медными жилами и АКРПТ, АКРПТН с
алюминиевыми-жилами (ГОСТ 13497—68). Ка-
бель марки КГТРС имеет повышенную гибкость
и может в процессе работы подвергаться значи-
тельным ударным нагрузкам. Соединение про-
водов разных марок выполняется муфтами,
пайкой или медными кабельными наконечни-
ками и болтами.
Провод соединяющий свариваемое изделие
с источником питания, может быть менее гиб-
ким и более дешевым. В этом случае применя-
ют провод марки ПРГ (ГОСТ 20520—75).
Для присоединения к свариваемому изделию
провод часто снабжают быстродействующим
зажимом, изготовленным из электропроводно-
го металла (меди, бронзы). Зажимы могут
быть пружинного или винтового типа (рис. 10).
Проводом от источника питания до изделия мо-
жет служить алюминиевая или стальная шина,
уложенная в деревянном кожухе.
Сечения медных проводов выбираются по
установленным нормативам для электротехни-
ческих установок — 5—2 А/мм2 при токах
100—300 А.
Одежда сварщика - куртка и брю-
ки — шьются из брезента, иногда из сукна или
Рис. 10, Нажимы для присоединения сварочного про-
вода к свариваемому изделию:
о пружинный, б шиповой
Рис. 11. Инструмент для зачистки шва и свариваемых
кромок:
а — молоток-шлакоотделитель, б — щетка
асбестовой ткани. Брюки надеваются поверх
обуви для предохранения ног от ожогов горя-
чими огарками, образующимися при смене
электродов, и брызгами металла. Одежда из
прорезиненного материала не применяется, так
как легко прожигается нагретыми частицами
металла. Все сварщики должны Поль ювагься
брезентовыми рукавицами. При выполнении
сварочных работ внутри замкнутых сосудов
(котлов, емкостей, резервуаров и др.) сварщи-
ков обеспечивают резиновыми ковриками, га-
лошами, особыми наколенниками, подлокот-
никами и деревянными подставками (см. гл.
XXV1ID.
Инструмент электросварщика. При выпол-
нении дуговой сварки необходим следующий
инструмент: стальная щетка для зачистки кро-
мок перед сваркой и для удаления с поверхности
швов остатков шлака; молоток-шлакоотдели-
тель для удаления шлаковой корки, особенно с
угловых швов или швов, расист юженных в
узкой, глубокой разделке между кромками
(рис. 11); губило; набор шаблонов для проверки
размеров швов; стальное клеймо для клейме-
ния швов, выполненных сварщиком; мезр, от-
вес, стальная линейка; угольник, чертилка, а
также ящик для хранения и переноски инстру-
мента.
14
chipmaker.ru
I МП] лоцросы
1. Что называется сварочным постом?
2. Какие существуют виды сварочных постов?
3. Объясните принцип действия сварочного транс-
форматора -.ипа ТС-500.
4. Расскажите о -конструкции сварочного выпрями-
теля типа ВСС-ЭОО-3.
S. Как устроен и работает сварочный преобразо-
ватель?
6. В чем заключаются обязанности сварщиков по
обслуживанию источников питания сварочной
дуги?
7. Перечислите необходимые принадлежности и ин-
струмент электросварщика.
ГЛАВА III
сварочная дуга
Chipmaker.ru
§ 9. Основные сведения о сварочной дуге
Сварочной дугой называется длительный
электрический, разряд между двумя электро-
дами в ионизированной смеси газо^ и паров,
характеризующийся высокой'плотностью тока
и ма 1ым напряжением.
Под электрическим разрядом понимают
прохождение тока через газовую среду. Суще-
ствует несколько форм или видов электриче-
ского разряда: дуговой, тлеющий, искровой
и др. Один разряд отличается от другого дли-
тельностью, напряжением, силой тока и др.
В зависимости от схемы подвода сварочного
тока, рода тока и других признаков различают
следующие виды сварочных дуг:
дуга прямого действия (рис. 12, а), когда
дуга горит между электродом и свариваемым
металлом;
Рис. 12. Схемы сварочных дуг:
а — прямого действия, б — косвенного действия,
в. — прямого действия двумя электродами при трех-
фазном токе, г—-сжатая дуга
15
chipmaker.ru
дуга косвенного действия (рис. 12, б), когда
дуга горлт между двумя электродами, а свари-
ваемый металл не включен в электрическую
цепь;
дуга между двумя плавящимися электрода-
ми-И свариваемым изделием при питании пере-
менным Трехфазным током (рис. 12, в);
' жатая дуга (рис. 12, г) и др.
J Условия горения сварочной дуги. В обычных
условиях газы ие проводят электрического тока.
Для образования и поддержания горения дуги
необходимо иметь в пространстве между элек-
тродами электрически заряженные частицы (по-
I ложительные и отрицательные ионы и электро-
. ны). Ионы в газовом промежутке между элек-
1 тродами образуются в результате потери или
ПрЙеоедингв ия к атомам электронов, а элек-
троны испускаются сильно нагретым катодом.
Процесс образования электрически заряжен-
ных Частиц в междуэлектродном пространстве
называется ионизацией, а энергия, затраченная
на отрыв электрона от атома, следовательно,
и на образование положительного иона, —
работой ионизации. "Эль работа выражается в
электрон-вольтах (эВ) и называется потенциа-
лом ионизации. Для отрыва электрона от атома
, требуется сообщить ему некоторую энергию.
Энергия, затраченная на сообщение электрону
этой скорости, носит название потенциала
возбуждения и измеряется в эВ.
Величины потенциалов ионизации и возбуж-
дения зависят от природы атома и колеблются
от 3,9 до 24,5 эВ. Наименьшими потенциалами
ионизации обладают щелочноземельные ме-
таллы (калий, кальций) и их соединения. Эле-
менты, обладающие малыми потенциалами
. ионизации и возбуждения,- вводят в состав
электродных покрытий, так как они способст-
вуют устойчивому горению дуги. Это пер-
вое ус.Довие устойчивого горения дуги.
Второе условие— напряжение холосто-
m оД» источника питания должно быть боль-
Ше . iirp“ гния дуги.
Ч’З'фб'Тъе условие горения дуги — под-
длржЩДч. высокой температуры нагрева катода.
Эта ДЁМ шпура завьсИ, от Материала катода,
. СбсТава газового промежутка между электро-
^яЕл; к' Диаметра ал< ктрода И температуры окру-
жающей среды.
Строение сварочной дуги. Сварочная дуга со-
стоит из катодной области, столба дуги и анод-
ной области (рис. 13).
Катодная область распространяется на учас-
ток электродного материала и на приэлектрод-
Рнс. 13. Схема стр» ениа сварочной дуги:
1— катодная область, 2— столб дуги, 3 — анод-
ная область
ную часть дуги. На торце электрода при бом-
бардировке его положительными ионами обра-
зуется катодное пятно, с которого происходит
при этом дополнительный выход элек-
тронов, кроме образовавшихся при ионизации
в междуэлектродном пространстве. Электроны,
выходящие с поверхности электрода, называ-
ются первичными. Выход первичных электронов
объясняется несколькими факторами: термо-
электронной эмиссией (испусканием) электро-
нов, автоэлектронной эмиссией и ионизацией
на катоде. Термоэлектронная эмис-
сия заключается в нагреве Поверхности элек-
трода до высокой температуры, при которой
связь электрона с ядром атома ослабевает и
под влиянием электростатического притяжения
он отрывается с поверхности катода и с боль-
шой скоростью устремляется к аноду. С увели-
чением температуры нагрева электрода число
вырываемых электронов увеличивается.
Автоэлектронная эмиссия состоит
в том, что под влиянием высокой напряженно-
сти электрического поля с катода вырываются
первичные электроны и летят к аноду. С увели-
чением разности потенциалов между электро-
дами выход с катода первичных электронов
возрастает.
Ионизация на катоде происходит в ре-
зультате соударений с электронами положи-
тельных ионов, которые образуются при иони-
зации в столбе дуги и летят к катоду. Ионизация
также происходит в результате излучения (Так
называемая фотоионизация).
В столбе дуги происходит образование
вторичных электронов, а также положи-
тельных ионов. Электроны устремляются к
аноду, поддерживая ионизацию в анодной об-
ласти. Положительные ионы движутся к като-
ду, выбивают из него электроны; при этом часть
положительных ионов, соединяясь с электрона-
16
chipmaker, ru
Ряс. 14. Падения напряжения в дуге:
1/к, 17с и Ua — падения напряжений в катодной
области, в столбе дуги и анодной области. Un —
напряжение дуги, Кп и ап — диаметр катодного и
анодного пятен; 1 и 2 — высота приэлектродных
областей, 3 и 4 — высота катодной и анодной об-
ластей
ми, образует нейтральные атомы. Процесс об-
разования нейтральных атомов называется ре-
комбинацией. Вследствие рекомбинации урав-
новешиваются процессы исчезновения и обра-
зования заряженных частиц в дуге и степень
ионизации нагретого газа остается неизменной.
Анодная область дуги состоит из анодного
пятна и приэлектродной части. Анодное пятно
подвергается бомбардировке потоком элект-
ронов, образовавшихся при ионизации в столбе
дуги. В результате бомбардировки анода воз-
никают ионы. От сильной бомбардировки анод-
ная область всегда имеет форму вогнутой сфе-
ры (чаши), которая называется кратером.
Особенности сварочной дуги. Сварочная дуга
по сравнению с другими электрическими разря-
дами имеет следующие особенности:
1. Неравномерное распределение электри-
ческого поля в междуэлектродном пространстве
(рис. 14). Вблизи электродов создаются резкие
изменения потенциала — это катодное и анод-
ное падения напряжения, причем катодное па-
дение напряжения (порядка 10 В) обычно зна-
чительно больше анодного. Такие скачки паде-
ний напряжения на участке весьма малой про-
тяженности вызваны условиями прохождения
тока из одной среды (металлический проводник)
в другую (газ и пары сварочных материалов).
2. Высокая плотность тока в дуге, достигаю-
щая тысяч А/см2 на электродах и в столбе дуги.
3. Высокая температура дуги. Наибольшая
температура достигается в столбе дуги, наи-
меньшая — на поверхности катода и анода.
Температура на поверхности катода и анода
достигает температуры испарения электродов
независимо от вида дуговой сварки. Например,
при сварке стали на прямой полярности уголь-
ным электродом температура катода может
достигать температуры кипения углерода, т. е.
~ 3700°C. [
Температура в столбе дуги зависит от ве-
личины эффективного потенциала ионизации
Uj эф, состава ионизированного газа и плотно-
сти тока столба дуги.
Между температурой столба дуги и эффек-
тивным потенциалом ионизации при сварке
штучными электродами найдена зависимость
Гс=800 U,-Эф. Обычно величина эффективного
ионизационного потенциала близка по вели-
чине к наименьшему ионизационному потен-
циалу одного из компонентов, участвующих в
смеси дугового газа. Например, при сварке тол-
стопокрытыми электродами, в состав покрытия
которых включено легкоионизирующее (стаби-
лизирующее) вещество, содержащее натрий,
Тс =800 • 5,1 = 4080 К, где 5,1 — величина иони-
зационного потенциала натрия.
Особенно сильно возрастает температура
столба дуги при его сжатии (гл. XV).
4. Возможность получения различных ста-
тических вольтамперных характеристик.. Ста-
тической вольтамперной характеристикой дуги
называют зависимость падения напряжения в
дуге от силы тока при постоянной длине дуги
(установившемся горении). Дуга, применяю-
щаяся в сварочной технике, может иметь па-
дающую, жесткую и возрастающую характе-
ристики в зависимости от условий сварки
(рис. 15).
Падающая характеристика — с увеличением
тока напряжение уменьшается, жесткая харак-
теристика — увеличение тока не изменяет на-
пряжения дуги, возрастающая характеристи-
ка —- увеличение сварочного тока приводит к
возрастанию напряжения дуги.
Рис. 15. Статические вольт-амперные характеристи-
ки дуги:
1 — падающая, 2 — жесткая, 3 — возрастающая
17
chipmaker.ru
ы'щьющий участок характерен для мало-
мощной дуги, при сварочном токе менее 50 А
и плотности тока на электроде 10—12 А/мм2.
Жесткая характеристика соответствует свароч-
ным токам 50—1000 А и плотностям тока на
электроде от 12 до 80 А/мм2. Возрастающая
характеристика дуги наблюдается при сварке
тонкий сварочной проволокой с плотностями
тока на электроде более 80 А/мм2.
Нагрев изделия и эффективный коэффициент
полезного действия дуги. Количество тепла, вво-
димое дугой в свариваемое изделие в единицу
времени, называют эффективной тепловой мощ-
ностью дуги qK. Она включает в себя тепло,
непосредственно выделяющееся на катодном
или анодном пятне на изделии; тепло, посту-
пающее с каплями электродного металла, по-
крытия или флюса; тепло, вводимое в изделие
из столба дуги.
Скорость нагрева изделия при дуговой свар-,
й Характеризуется эффективным к. п. д. на-
грева металла дугой т)и, представляющим от-
ношение эффективной мощности qH к полной
тепловой мощности дуги q =024/17 кал/с, та-
ким образом т)л = ^и-. Численная величина т]„
зависит от вида дуговой сварки, типа сварного
соединения, длины дуги, скорости сварки, от
рода и полярности тока, марки электрода и др.
Значения т]и для различных видов сварки:
открытая .угольная дуга — 0,5-4-0,65; дуга в
аргоне — 0,5-=-0,6; сварка штучными покры-
тыми электродами — 0,7-4-0,85; сварка под
флюсом — 0,85-7-0,93.
Количество тепла, вносимое дугой в изде-
лие на единицу длины шва, называется погонной
энергией сварки. Погонная тепловая энергия
выражается отношением
<?„ 0,24/1А]и ,
«„.= Т=-------— кал/см,
где v — скорость сварки, см/с.
§ 10. Способы зажигания дуги
Дуга может возникнуть в результате пробоя
газа (воздуха) или предварительного соприкос-
новения электродов с последующим разведе-
нием их на расстояние нескольких миллиметров.
Пробой воздуха возможен только при больших
напряжениях, например 1000 В при зазоре меж-
ду электродами в 1 мм. Этот способ возбужде-
ния дуги обычно не применяется ввиду опасно-
сти высокого напряжения. При питании дуги
переменным током высокого наппяжения и вы-
сокой частоты (более 3000 В и 150—250 кГц)
можно осуществить пробой воздуха при зазор
между электродом и изделием до 10 мм. Этот
способ зажигания дуги менее опасен для свар-
щика и им нередко пользуются, включая в сва-
рочную цепь прибор, называемый осцилля-
тором. Для второго способа возбуждения
дуги требуется разность потенциалов между
электродом и изделием всего 40—60 В и, сле-
довательно, источник высокого напряжения не
нужен.
Соприкосновение электрода с изделием соз-
дает замкнутую сварочную цепь. В момент от-
рыва электрода от изделия электроны, находя-
щиеся на нагретом от короткого замыкания
катодном пятне, теряют прочную связь с ато-
мами и электростатическим притяжением пере-
мещаются На анод, образуя дугу с электронным
током. Эта дуга с . течением времени (микросе-
кунды) стабилизируется. Электроны, вышед-
шие с катодного пятна, ионизируют газовый
промежуток, в дуге появляется ионный Ток.
Скорость зажигания дуги зависит от свойств
источника питания' сварочным током, от силы
тока в момент соприкосновения электродов,
от состава газов и времени соприкосновения
электродов.
Чем ниже потенциал ионизации вещества,
заполняющего промежуток межд} электрода-
ми, тем быстрее и в большем количестве воз-
никнут ионы и быстрее завершится переход от
электронной дуги к электронно-ионной'.
На скорость возбуждения дуги также влияет
величина сварочного тока. Чем больше ток при
одном и том же диаметре электрода, тем боль-
ше становится сечение катодного пятна, боль-
шим будет электронный ток в начале зажига-
ния, быстрее произойдет ионизация и переход
к устойчивому дуговому разряду. Ьремя пере-
хода еще более сокращается при уменьшенцй
диаметра электрода.
Полярность тока также влияет на скорость
зажигания дуги. При постоянном токе и обрат-
ной полярности (минус источника тока подклю-
чается к изделию) скорость возбуждения дуги
больше, чем при переменном.
От момента возникновения дуги до стацио-
нарного ее состояния может пройти несколько
десятых долей секунды.
Поддержание непрерывного горения дуги
будет осуществляться, если приток энергии в
дугу превышает потери в ней.
18
chipmaker.ru
Повторные возбуждения дуги после ее пе-
риодических угасаний в результате коротких
замыканий каплями электродного металла, об-
разующихся на конце плавящегося электрода
и переносимых на изделие, происходят само-
произвольно, если температура торца электро-
да остается достаточно высокой.
Напряжение между электродом и изделием
при этом должно быстро восстанавливаться
(до 25 В в течение менее 0,05 с).
§ 11. Перенос электродного металла на изделие
При сварке плавящимся электродом на его
конце под действием высокой температуры про-
исходит плавление металла, образование капли,
отрыв и перенос ее на изделие. В зависимости
от размера и скорости образования капель мож-
но различать капельный и струйный
перенос (рис. 16). При ручней сварке в виде
капель переносится до 95% электродного ме-
талла: остальные 5% —- брызги и пары, значи-
тельная часть которых осаждается на изделии.
Диаметр капель и скорость их образования
зависят от вида дуговой сварки, диаметра
г.гектрода, силы тока, длины дуги и других
условий.
Перенос металла каплями бет замыкания
ими дугового промежутка происходит при свар-
ке штучными покрытыми электродами. В этом
случае большинство капель заключено в обо-
лочку из шлака, образовавшегося от плавления
покрытия. Так же переносится металл электро-
да в шов при сварке порошковой проволокой
и в защитном газе.
Ряс 16. Процесс переноса электродного металла на
изделие при короткой дуге:
а — крупнокапельггый, ё — струйный; I--IV — по-
следовательные этапы процесса, dK — диаметр кап-
ли, rlj —диаметр электрода I.
При струйном переносе образуются мелкие
капли, которые следуют одна за другой в виде
непрерывной цепочки (струи). Струйный пере-
нос электродного металла возникает при сварке
проволокой малого диаметра с большой плот-
ностью тока. Например, при полуавтоматиче-
ской сварке в аргоне проволокой диаметром
1,6 мм струйный перенос металла осуществля-
ется при критическом токе 300 А При сварке
на токах ниже критического наблюдается ка-
пельный перенос металла. Обычно струйный
перенос электродного металла приводит к мень-
шему выгоранию легирующих примесей в сва-
рочной проволоке и к повышенной чистоте ме-
талла капель и • шва. Скорость расплавления
сварочной проволоки при этом увеличивается.
Поэтому струйный перенос электродного ме-
талла имеет преимущества перед капельным.
При сварке штучными электродами струйный
перенос электродного металла невозможен вви-
ду низкой плотности тока на электроде (10—
20 А/мм2).
Производительность расплавления электро-
дов. Производительностью расплавления элек-
трода называют массу расплавленного дугой
электродного металла в единицу времени. Про-
изводительность расплавления электрода Пр
зависит от количества тепЛа, сообщенного ду-
гой электроду. Производительность расплав-
ления электродов при сварке определяется по
формуле //р=ар1г/ч. где ар—коэффициент
расплавления электрода, представляющий со-
бой массу расплавленного электродного ме-
талла, приходящуюся на один ампер силы тока
в течение часа горения дуги и имеет размер-
ность г/А ч. Обычно ар = 7 г 22 г/А-ч в зави-
симости от марки покрытия, плотности тока,
рола и полярности тока и др.
Производительность наплавки электродов;
Расплавленный металл электрода неполностью
переносится в шов. часть его теряется на раз-
брызгивание, испарение и угар в процессе го-
рения дуги.
Производительность переноса электродного
металла в шов, или производительность на-
плавки 7ZH, определяется по формуле Па—ав1г/ч.
Как правило, коэффициент наплавки ая меньше
коэффициента расплавления ар на величину по-
терь электродного металла. Обычно ан<аР1
на 1:-3 г/А • ч. Для электродов с железным по-
рошком в покрытии ан > oip. >
Коэффициент потерь электродного металла
V = • 100% и составляет 3:20%. Менее
ар
3% потерь электродного металла обычно не
19
chipmaker.ru
бывает, а потери более 20% делают сварку
электродами при данных условиях нерацио-
нальной.
Величины коэффициентов расплавления и
наплавки используются для нормирования рас-
хода электродов и времени сварки.
Пример. Определить производительность на-
плавки при сварке штучными электродами диамет-
ром 4 мм при токе 7= 160 А, если коэффициент на-
плавки данных электродов ав = 10 г/А • ч, Пк —
- яв7=,10 • 160 — 1®00 г/ч = 1,6 кг/ч.
ГЛАВА
IV
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ
Chipmaker.ru
Контрольные вопросы
1. Что называется сварочной дугой?
2. Какие существуют основные виды сварочных
ДУГ?
3. При каких условиях горит дуга?
4. Объясните строение сварочной дуги.
5. В чем выражаются особенности сварочной дуги
по сравнению с другими формами электрических
разрядов?
6. Какие существуют способы зажигания дуги?
7. В чем преимущества струйного переноса элект-
родного металла перед капельным?
8. Как подсчитывают производительность расплав-
ления и наплавки электродов?
§ 12. Особенности металлургии сварки
Сварка металлов плавлением представляет
собой более сложный металлургический про-
цесс по сравнению с металлургическим процес-
сом, происходящим при получении металли-
ческих отливок.
Характерными особенностями сварки ста-
лей являются следующие:
1. Высокая температура нагрева металла.
При дуговой сварке температура сварочной
ванны достигает 2300°С вместо 1700°С в мар-
теновской печи.
2. Малый объем расплавленного металла в
сварочной ванне. При ручной сварке покрыты-
ми электродами он редко достигает 2 см3.
3. Кратковременность процесса. Время от
начала расплавления до застывания сварочной
ванны составляет несколько секунд; охлажде-
ние протекает со скоростью 5—15°С/с.
Высокая температура в зоне дуги приводит
к быстрому плавлению электродного металла,
покрытия, флюса,' а также металла сваривае-
мых частей. Молекулы кислорода, азота, во-
дорода, находящиеся в воздухе в зоне дуги,
частично распадаются на атомы и ионы. В ато-
марном состоянии эти элементы обладают вы-
сокой активностью, вступают в химические
соединения с элементами расплавленной стали
и растворяются в ней, образуя после остывания
хрупкий металл. Высокая температура при
сварке приводит также к испарению, выгора-
нию и разбрызгиванию металла и других ве-
ществ, находящихся в зоне сварки.
Малый объем расплавленного металла в
сварочной ванне и относительно холодный
твердый металл свариваемых частей вызывают
интенсивный отвод тепла в свариваемое изде-
лие, в результате чего* химические реакции
между расплавленным металлом и шлаком про-
20
chipmaker.ru
текают за очень короткое время, не успевая
полностью завершиться и не создавая равнове-
сия, как это обычно происходит в большом ме-
таллургическом процессе. Быстрое затверде-
вание и кристаллизация металла шва отража»
ются на структуре и механических -свойствах
металла шва и металла свариваемых частей.
Химический состав,. структура и механические
свойства металла шва зависят не только от со-
става присадочного металла и металла сва-
риваемых частей, но также в значительной сте-
пени и от характера и интенсивности химических
реакций при сварке. Поэтому при определении
свойств и прочности металла шва, а также
свойств и прочности всего 'сварного соединения
приходится учитывать указанные особенности
сварочного процесса.
§ 13. Загрязнение металла шва
В процессе нагрева при сварке молекулы кис-
лорода, азота и водорода, содержащиеся в
воздухе, распадаются на атомы и ионы. В атом-
ном состоянии они обладают высокой химиче-
ской активностью и сравнительно легко обра-
зуют химические соединения с элементами,
входящими в состав стали. В свою очередь,
химические соединения могут растворяться в
железе, составляющем основу стали. Способ-
ность растворения химического соединения в
железе тем выше, чем больше температура на-
грева и меньше содержание углерода в стали.
Например, закись железа FeO при температуре
плавления железа 1539"С растворяется в жег
лезе до концентрации 0,21°;; кислорода, нитри-
ды железа Fe4N и Fe2N - до 0,065"' азота,
агомарного водорода •-« 0,0008°',„ сульфида же-
леза FeS — до 0,7"', серы, также много раство-
ряется в железе фосфидов РеяР, Fe2P. FeP.
Растворимость этих соединений еще боль-
ше при температуре кипения железа, равной
2735°С.
Если смесь этих растворов внезапно охла-
дить до комнатной температуры, то вся масса
металла будет находиться в состоянии перена-
сыщенного твердого раствора, обладающего
весьма большой хрупкостью.
Однако с течением времени из твердых рас-
творов выпадают отдельные компоненты. Они
образуют новую структуру, отличающуюся от
структуры основного металла.
Распад любого твердого раствора в течение
длительного времени называют химиче-
ским старением металла. Обычно оно
сопровождается снижением вязкости и пластич-
ности металла и в этом отношении является
вредным процессом. Поэтому нельзя допускать
насыщения сварного шва вредными примесями,
находящимися в растворе.
Источниками насыщения шва вредными ве-
ществами служит окружающий воздух, ржавчи-
на, масло, влага, минералы, входящие в состав
сварочных материалов, химические соединения,
образующиеся в процессе взаимодействия сва-
рочных материалов с расплавленным метал-
лом.
Борьба с загрязнениями металла шва про-
изводится в процессе образования капель на
торце электрода, при переносе капель в свароч-
ную ванну и в самой срарочной ванне в процессе
нагрева и охлаждений ее. Применяются физиче-
ский и химический способы борьбы с загрязне-
ниями металла шва.1
Физический способ борьбы с загрязнениями
заключается в сушке и прокаливании сварочных
материалов для/удаления из них влаги, а сле-
довательно, кислорода и водорода, в удалении
ржавчины, масла и влаги с поверхностей сва-
риваемых деталей; в создании газовой и шла-
ковой оболочек вокруг дуги, препятствующих
проникновению воздуха.
Химический способ борьбы с загрязнениями
состоит в раскислении металла сварочной ван-
ны, а также в удалении сульфидов, фосфидов,
нитридов и водорода при помощи химических
реакций. В результате этих реакций образуются
новые химические соединения, нерастворимые
в железе и переходящие в сварочный шлак.
Раскислителями являются либо чистые ма-
териалы (С, А1), либо ферросплавы (FeMn, FeSi,
FeTi и др.), либо кислые окислы (SiO2, TiO2
и др.), а также восстановительные газы (СО, Н2).
Тогда закись железа FeO, способная раство-
ряться в железе, переводится в нерастворимое
.химическое соединение по следующим фор-
мулам:
FeO + Me -» МеО + Fe
или
Fe.O + SiO2 -> FeO • SiO2
где МеО и FeO • SiO2 — нерастворимые веще-
ства.
Растворимый сульфид железа FeS в резуль-
тате реакции FeS + СаО -»CaS + FeO заменя-
ется нерастворимым сульфидом кальция CaS,
который при малой скорости охлаждения
21
chipmaker.ru
всплывает наверх и переходит в сварочный
шлак.
При высоких скоростях охлаждения нера-
створимые соединения, содержащие кислород;
азот, водород, серу и фосфор, внесенные сва-
рочными материалами или из воздуха, могут
остаться в шве в виде окислов, нитридов, газов,
сульфидов и т. п. и тем самым ухудшить меха-
нические свойства металла шва. Но отрицатель-
ное влияние этих примесей меньше тех, которые
находятся в растворе.
Различные загрязнения (неметаллические
включения) удаляются из металла шва флюса-
ми-растворителями, вводимыми в состав сва-
рочных материалов (проволока, покрытия штуч-
ных электродов, флюсы, порошки в порошковой
проволоке и т. д.). Флюсы-растворители образу-
ют с загрязняющими веществами легкоплавкую
' механическую смесь, имеющую низкую-удель-
ную плотность. Она легко всплывает наверх и
переводит вредные вещества из металла шва в
шлак.
. Хорошим флюсом-растворителем, который
I часто применяется в сварочных материалах,
I является плавиковый шпат (CaF2).
Плавиковый шпат также и химически взаи-
модействует с азотом и водородом, образуя
нерастворимые в железе вещества, которые
удаляются из сварочной ванны в шлак. Атом-
ный фтор, выделяющийся из фтористого каль-
ция при высокой температуре, соединяется с
атомным азотом или с атомным водородом и
образует фтористый азот NF или фтористый
водород HF, которые не растворяются в железе
и легко удаляются из металла шва в шлак (NF)
и в. виде газа (HF) в атмосферу.
Химическим взаимодействием между жид-
ким металлом и неметаллическими веществами
можно не только очищать металл от загрязне-
ний, но и легировать его. Под легированием
понимают введение в металл шва различных
элементов (хром, никель, марганец и др.), ко-
торые придают ему заданные свойства (проч-
ность. вязкость, коррозионную стойкость и др.).
§ 14. Кристаллизация металла шва
и образование трещин
Кристаллизацией называется процесс обра-
зования зерен из расплавленного металла при
переходе его из жидкого состояния в твердое.
Различают первичную и вторичную кристалли-
зацию. Первичная кристаллизация протекает
Ри<". 17. Крвсталлющвя металла шва:
а — дендритдая (столбчатая) структуре однопро-
ходного шва, б — дендрит А (увеличен), т — непол-
ностью оплавленное зерно основного металла; 1 —
ось первого порядка кристаллизации, 2 — ось вто-
рого порядка, 3 — ось третьего порядка; кружки —
зародыши кристаллизации (будущие зерна)
при высоких скоростях охлаждения и перехода
из жидкого в твердое состояние с образованием
столбчатой структуры. Вторичная крис-
таллизация начинается с распада первичной
структуры и заканчивается при низких темпе-
ратурах образованием устойчивых нераспадаю-
щихся микроструктур.
Температуры, при которых происходят пер-
вичная и вторичная кристаллизации стали, и
характер образующейся при этом структуры
металла в зависимости от содержания углеро-
да определяют по диаграмме состояния желе-
зо — углерод.
Кристаллизация металла сварочной ваниы
начинается в зоне сплавления от твердых кро-
мок свариваемых деталей (рис. 17). Началом
кристаллизации являются неполностью оплав-
ленные зерна на кромках металла. Они наращи-
ваются затвердевающими частицами металла
сварочной ваины. Из сварочной ванны появля-
ются зародыши новых растущих зерен. Такие
частицы имеют очень низкую концентрацию
углерода. По мере снижения температуры ван-
ны и приближения к температуре затвердевания
зародыши обогащаются углеродом, концент-
рация которого доходит до 0,07%.
При затвердевании металла происходят два
явления: первоначальное образование зароды-
шей зерен и последующий их рост за счет при-
соединения к ним новых зерен металла из сва-
рочной ванны. Зародыши появляются первона-
чально на оси первого порядка (см. рис. 17),
перпендикулярной плоскости отвода тепла. От
оси первого порядка под углом возникают и
растут зародыши на оси второго порядка. Мо-
гут образоваться зародыши и на оси .третьего
порядка и т. д., образуя кристаллиты, формой
22
chipmaker.ru
напоминающие деревья и называемые поэто-
му дендритами (от французского слова «ден-
дрон». —; дерево). Химический состав каждого
дендрита может быть неодинаковым, что объ-
ясняет химическую неоднородность металла
шва. Дендриты, образовавшиеся в конце про-
цесса кристаллизации, загрязнены примесями
в большей степени, чем первые затвердевшие
дендриты, что наблюдается при низких скорос-
тях охлаждения. Дендриты соприкасаются меж-
ду собой и этим взаимно тормозят свое разви-
тие. В результате этого их форма и направлен-
ность могут сильно искажаться.
Кристаллизация металла сварных швов име-
ет прерывистый характер. Под действием сил,
появляющихся в процессе сварки и кристалли-
зации, металл сварочной ванны постоянно на-
ходится в движении. Эти силы придают металлу
шва слоистый характер при любых условиях
сварки (рис. 18). Чем сильнее теплоотвод и
меньше объем жидкого металла, тем тоньше
кристаллизационный слой. Слоистый характер
затвердевшего металла выражается чешуйча-
тостью шва. Кристаллизационные слои в лю-
бом сечении шва могут быть рассмотрены на
специально подготовленных макрошлифах.
С возрастанием количества дендритов ме-
ханическая связь между ними увеличивается,
что повышает работоспособность металла шва.
Число дендритов пропорционально скорости
охлаждения.
При однопроходной сварке дендриты имеют
форму столбиков (рис. 17), такую структуру
называют столбчатой.
Рис. 18. Схема кристаллизационных слоев в шве:
а — поперечное сечение стыкового соединения,
б — внешний вид (чешуйчатость) шва
Зерна металла шва обычно имеют округлую
форму. Зерна основного металла по форме от-
личаются от зерен металла шва тем, что бни
деформированы и вытянуты в направлении про-
катки. j
Находящиеся в сварочной ванне примеси и
загрязнения (окислы, шлаки и др.) имеют более
низкую температуру затвердевания, чем металл;
они располагаются по границам зерен, ослабляя
их сцепление между собой.
Форма шва влияет на .расположение неме-
таллических включений. В широких и неглубо-
ких швах эти включения вытесняются наверх и
могут быть легко удалены; в узких и глубоких
швах включения часто остаются между дендри-
тами и зернами. При образовании между ден-
дритами легкоплавких загрязнений, например
сульфида железа FeS с температурой плавле-
ния 1190 °C, в охлаждаемом шве могут по-
явиться горячие трещины. Они возникают под
влиянием растягивающей усадочной силы и
называется трещинами усадочного харак-
тера.
Трещины могут возникнуть в металле из-за
действия водорода. Атомарный водород соеди-
няется в молекулы и создает большие давления
внутри зерен, что приводит к образованию тре-
шин.
Трещины возникают в металле под влия-
нием мартенситного превращения. Мартенсит
обладает меньшей удельной плотностью
(7,5 г/см3) по сравнению с удельной плотно-
стью перлита (7,8 г/см3), это ведет к созданию
дополнительных внутренних напряжений (на-
тяжений) между частицами металла, что вызы-
вает появления трещин.
Трещины могут возникать и от выпадения
из растворов частиц сульфидов, фосфидов, нит-
ридов, закиси железа и др., что объясняется
внутренними напряжениями.
§ 15. Строение сварного соединения
Соединение, выполняемое сваркой плавле-
нием, состоит из четырех зон: первая — металл
шва, вторая — зона сплавления, третья — зона
термического влияния и четвертая — основной
металл (рис. 19). Основной металл —
металл подвергающихся сварке соединяемых
частей. Зона термического влия-
ния—- участок основного металла, не под-
вергшийся расплавлению, структура и свойства
которого изменяются в результате нагрева и
пластической деформации при сварке. .
23
chipmaker.ru
if 3 2 123
Рис. 19. Зоны сварного соединения:
1 — шов при сварке плавлением, 2 — зона сплавле-
ния, 3 — зона термического влияния, 4 — основной
металл
Зона Сплавления — металл, находя-
щийся на границе основного металла и шва.
Под металлом шва понимают сплав,
образованный переплавленным основным и на-
плавленным металлами или только переплав-
ленным основным металлом.
§ 16. Микроструктура металла
зоны термического влияния
В зоне термического влияния сварного со-
единения из низкоуглеродистой стали различа-
ют следующие участки: неполного расплавле-
ния, перегрева, полной перекристаллизации или
нормализации, неполной перекристаллизации,
рекристаллизации и синеломкости (рис. 20).
Участок неполного расплавления — переход-
ный от наплавленного металла к металлу сва-
риваемой детали. Ширина этого участка очень
/ Наплавленнь/й. металл °C 1 ‘
/2 J 4
6
Рис. 20. Схема строения зоны термического влияния
при ручной дуговой сварке низкоуглеродистой стали:
Цифрами I—6 обозначены одни и те же участки на
разрезе сварного соединения, на кривой распреде-
ления максимальных температур и шкале темпера-1
тур на части диаграммы Fe—С
6
«3
I
|
mjicmMjiemiHozojjacz-.mnn
плавления
2 Участок перегрева
1200
--------------ЛОО
Участок норма-
лизации 1000
__________900
ЪУУчасток неполной пё
I хлекристаллизации
Т\59частокрё^70б
I ^чшисталли- ст.
"часЗУк
синелом--
ос-
ти
300
zoo
100
О 1 2
% углерода
мала, она измеряется микронами, но его роль
в сварном соединении весьма важна. Здесь про-
исходит сплавление, т. е. образование металли-
ческой связи между металлом шва и сваривае-
мой деталью. Если между зернами имеется
пленка окислов или осажденных газов, то в
этом месте не произойдет прочной металличе-
ской связи и этим можно объяснить образова-
ние трещин в зоне сплавления.
Участок перегрева находится в границах
температур нагрева металла 1100—1450°С и
характеризуется значительным ростом зерна.
Поверхность перегретых зерен может превы-
шать поверхность начальных зерен в 16 раз при
ацетилено-кислородной и в 12 раз при дуговой
сварке. Перегрев снижает механические свой-
ства стали, главным образом пластичность и
сопротивление ударным нагрузкам. Эти свой-
ства тем ниже, чем крупнее зерна и шире учас-
ток перегрева. Перегретый металл является
самым слабым местом в сварном соединении,
поэтому здесь чаще всего оно и разрушается.
По мере удаления от шва температура ме-
талла понижается. В пределах температур 900—
1100 °C находится участок полной перекристал-
лизации или нормализации с мелкозернистой
структурой. Мелкозернистая сталь в интервале
температур от —40 до +200’С обладает вы-
сокой прочностью и пластичностью, большей,
чем основной металл.
При температурах нагрева 720—900°C про-
исходит неполная перекристаллизация: наряду
с крупными зернами в этом участке остаются и
более мелкие. По прочности металл этого
участка занимает промежуточное положение
между металлом на участке полной перекрис-
галлигации и основным металлом.
Участок, нагревавшийся от 450 цо 723°С,
называется участком рекристаллизаций; в нем
структура стали не изменяется, а происходит
лишь восстановление прежней формы и разме-
ров зерен, деформированных при холодной
.прокатке металла. Если до сварки основной
металл не подвергался холодной пластической
деформации, то процесс рекристаллизации про-
исходить не будет.
На участие, нагретом ниже 450°C, структура
стали не отличается от структуры основного
металла. Однако сталь, нагретая от 100 до
450°C, обладает пониженными механическими
свойствами, что объясняется выпадением из
твердого раствора чрезвычайно мелких частип
различных примесей, располагающихся по гра-
ницам зерен. Это явление называют синеломко-
24
chipmaker.ru
стью (температура синих цветов побежалости).
Кроме того, снижение пластичности происхо-
дит и под влиянием пластических деформаций
сварки. Для низкоуглероди'стой стали это соот-
1 п твует температурам нагрева свыше 100°C.
Ширина зоны термическою влияния зави-
сит прежде всего от погонной энергии при
сварке. При ручной сварке она составляет 5—
6 мм, при автоматической сварке под флюсом
в зависимости от толщины металла и режи-
ма — от 0,5 до 10 мм, при газовой сварке —
25 мм.
§ 17. Места разрушения сварных соединений
Прочность металла шва, зоны термического
влияния и основного металла различна. Поэто-
му сварное соединение следует рассматривать
как неоднородное тело.
Разрушения сварных соединений могут про-
исходить по основному металлу, в зоне терми-
ческого влияния и по металлу шва в зависимо-
сти от того, какая зона имеет меньшую проч-
ность.
Раньше, когда сварка выполнялась иони-
зирующими электродами с тонким меловым
покрытием, прочность сварных соединений со-
ставляла не более 60% прочности основного
металла. Это вызывало необходимость увели-
чивать сечение деталей для того, чтобы обеспе-
чить нужную прочность сварных соединений.
В настоящее время равнопрочность сварных
соединений, работающих на статическую на-
грузку (см. § 23) с основным металлом, обеспе-
чивается при сварке покрытыми электродами 'и
другими сварочными материалами. Прочность
сварных соединений зависит от прочности ме-
талла шва, ширины перегретого металла в
зоне термического влияния, совместной шири-
ны мет; лла шва и ширины перегретого метал-
ла, характера приложения внешней нагрузки,
температуры эксплуатации изделия и других
факторов. .
Контрольные вопросы
1 Каковы особенности металлургического процес-
са при сварке?
2. Какие вещества и в каком количестве растворя-
ются в жидком железе?
3. Назовите способы борьбы с загрязнениями при
сварке и их сущность.
4. Объясните процесс кристаллизации металла шва.
5. Нарисуйте строение сварного соединения, вы-
полненного сваркой плавлением.
6. Назовите участки зоны термического влияния в
сварном соединении.
7. Каковы основные причины образования трещин
в сварных соединениях?
chipmaker.ru
ГЛАВА V
ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ
СВАРКИ
Chipmaker.ru
§ 18. Виды электродов
Электродом для дуговой сварки называют
металлический или неметаллический стержень,
предназначенный для подвода тока к сварочной
дуге.. Для ручной дуговой сварки электроды
представляют собой стержни круглого сечения
различной длины и диаметра. Для полуавтома-
тической л автоматической луговой свцпки в
качс стве электрода применяют сварочную, по-
рошковую и самозашитную проволоку.
Электроды подразделяются на плавящиеся
(из стали, чугуна, алюминия, меди и их сплавов
и др.) и неплавящиеся. Неплавящиеся электро-
ды изготовляют из технического вольфрама и
его сплавов, угля и графита.
Плавящиеся электроды служат и присадоч-
ным металлом.
§ 19. Проволока стальная сварочная
Для сварки сталей применяется специальная
стальная проволока, изготовляемая по ГОСТ
2246—70. Стандарт распространяется на хо-
лоднотянутую гладкую проволоку из низкоуг-
леродистой и легированной стали, поставляе-
мую в мотках или бухтах массой до 80 кг.*
Стандартом предусмотрено 77 марок сва-
рочной проволоки различного химического со-
става; выпускается шесть марок низкоуглеро-
дистой проволоки (Св-08, Св-08А, Св-08АА,
Св-08ГА, Св-10ГА и Св-10Г2), 30 марок леги-
рованной проволоки (Св-08ГС, Св-12ГС.
Св-08Г2С, Св-ЮГН, Св-08ГСМТ,
Св-15ГСТЮЦА, Св-20ГСТЮА и др.), 41 мар-
ка высоколегированной проволоки
(Св-12Х11НМФ, Св-12Х13, Св-10Х17Т и др.).
* По требованию потребителя масса мотков
может быть и большей.
В легированной стали легирующих элемен-
те® содержится от 2,5 до 10%, в высоколегиро-
ванной _ более Ю%.
Буквы и цифры в написании марок проволо-
ки обозначают: Св — сварочная;08 — 0,08% уг-
лерода (среднее содержание); А — пониженное,
а АА — еще более пониженное содержание серы
и фосфора; Г — проволока, легированная мар-
ганцем; 10 — в среднем 0,10% углерода; Г2 —
содержащая до 2% марганца.
Условные обозначения легирующих элемен-
тов следуЮщИе; с — кремний; Н — никель;
М молибден; Т — титан; Ю — алюминий;
Ц цирконий; Г — марганец; X — хром;
Ф ванадий; Р — бор; Б — ниобий; В — воль-
фрам; д — медь.
В проволоке из низкоуглеродистой стали со-
держание углерода допускается не более 0,12%.
Первое три марки проволоки (Св-08, Св-08А,
Св-08дА) изготовляются из кипящей стали
(Si < 0,03%). Проволока марок Св-08ГА,
Св-Юрд и Св-10Г2 изготовляется из полуспо-
.кдйн'^у сгал/f. Яовьаве/аюе <х7держакие угле-
рода в проволоке приводит к снижению плас-
тичности металла шва, а повышенное содержа-
ние кремния при ручной сварке штучными
элекдюдами — к пористости. Поры в швах
образуются от газов СО и СО2, которые полу-
чаются по реакции С + FeO -> СО + Fe и
СО + FeO ->• СО2 + Fe. Образованию этих г азов
способствует кремний, содержащийся в элект-
родной проволоке. В момент перехода шва из
жидк<н о состояния в твердое углерод и кремний,
будучи самыми активными по химическому
сродсТВу к кислороду по сравнению с другими
элементами электродной стали, химически реа-
гирует с закисью железа FeO и другими окис-
лами с образованием Таза СО и окисла SiO2
Газы со и СО2 остаются в виде наружных от-
<фытг>1Х пор.
П&и сварке электродом из кипящей стали
более высокая концентрация yi лерода, чем
кремцИя, способствует образованию СО и СО2
при более высокой температуре, поэтому газы
успевают улетучиться из сварочной ванны до
затвердевания металла.
Кбоме пористости применение проволоки из
спокойной стали вызывает сильное разбрызги-
вание металла электрода, меньшее проплавле-
ние основного металла и худшее формирование
шва.
Пби медленном остывании металла шва
(газовая электрошлаковая сварка) применение
проволоки из спокойной стали пористости не
ВЫЗЬЩ^^у _
26
chipmaker.ru
3. Химический состав сварочной проволоки некоторых марок (ТОСТ 2246—70)
Вид стали и марка проволоки Содержание элементов, % Примерное назначение
углерод марганец кремний хром никель сера . фосфор
не 6 олее
Низкоугле- родистайСв-08 не более 0,10 0,35—0,60 не более 0,03 не более 0,15 не более 0,30 0,04 0,04 Обычные изде- лия
Низкоугле- родистая Св-08А не более 0,10 0,35—0,60 не более 0,03 не более 0,12 не более 0,25 0,03 0,03 Ответственные изделия
Низкоуг- леродистая Св-08АА не более 0,10 0,35—0,60 не более 0,03 не более 0,10 не более 0,25 0,02 0,02 Особо ответст- венные изделия
Ннзкоуг- леродистая Св-08 ГА не более 0,10 0,80—1,10 не более 0,03 не более , 0,10 не более 0,25 0,025 0,03 Для сварки низ- коуглеродистых сталей под флюсом
Легиро- ванная Св-08Г2С 0,05—0,11 1,8—2,1 0,70—0,95 не более 0,20 не более 0,25 0,025 0,03 Для сварки низ- коуглеродистых сталей в углекис- лом газе
Легиро- ванная Св-18ХГС 0,15-0,22 0,8—1,1 0,9—1,2 0,8—1,1 не более 0,30 0,025 0,03 Для сварки низ- колегированных сталей в углекис- лом газе
Высоколе- гированная Св-06Х19Н9Т не более 0,08 1,0—2,0 0,4—1,0 18,0—20,0 8,0—10,0 титана 0,5—1,0 0,015 0,03 Для сварки хро- моникелевой аус- тенитной стали
Химический состав некоторых из наиболее
распространенных марок сварочной проволоки
приведен в табл. 3.
Проволока выпускается следующих диамет-
ров: 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2, 1.4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0;
4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 мм. Проволока с диа-
метрами до 3 мм применяется для шланговой
сварки; от 1,6 до 6,0 мм — для ручной сварки
штучными электродами; от 2 до 5 мм — для
автоматической сварки под флюсом; проволо-
ка больших диаметров — для наплавочных
работ.
В стандарте указаны технические условия
на маркировку, упаковку, транспортирование
и хранение проволоки. Каждый моток или
бухту проволоки снабжают металлической бир-
кой, на которой указано наименование завода-
изготовителя, условное обозначение проволо-
ки, иомер партии, клеймо технического конт-
роля.
По требованию потребителя проволока из-
готавливается из стали, выплавленной элект-
рошлаковым или вакуумно-дуговым перепла-
вом или в вакуумно-индукционных печах; с
омедненной поверхностью и ограниченным со-
держанием вредных примесей.
Каждая партия проволоки сопровождается
сертификатом (удостоверением), содержащим-
основные технические данные.
§ 20. Стальные покрытые электроды
Стальной покрытый электрод представляет
собой определенных размеров стержень, на
поверхность которого опрессовкой или окуна-
нием нанесено специальное покрытие.
Электродные покрытия создают при сварке
защиту от кислорода и азота воздуха расплав-
ленного металла в процессе переноса его и в
самой сварочной ванне, а также стабилизиру-
ют горение дуги, очищают металл сварочной
ванны от вредных примесей и легируют металл
шва для улучшения его свойств.
Защита расплавленного металла от кисло-
рода и азота воздуха при сварке достигается
газами и шлаком, которые образуются из по-
крытия в зоне дуги. Для создания газовой за-
шиты зоны дуги в покрытие вводят крахмал,
целлюлозу, древесную муку и другие органиче-
ские вещества.
Для устойчивого горения дуги в покрытие
27
chipmaker.ru
вводятся вещества, обладающие малой вели-
чиной потенциала ионизации, главным образом
соли щелочноземельных металлов; > двуокись
титана, полевой шпат, содержащий некоторое
количество солей щелочных металлов, калиевое
или натриевое жидкое стекло и др.
Очистка металла шва от окислов серы, фос-
фора, газе» и других вредных примесей осуще-
ствляется шлаком, покрывающим шов.
Легирующими компонентами в составе элек-
тродных покрытий являются ферромарганец,
ферросилиций, ферротитан и другие ферро-
сплавы.
Электродные покрытия (ГОСТ 9466—75)
по виду составов подразделяются на кислые (А),
рутиловые (Р), основные (Б), целлюлозные (Ц)
и прочие (П).
Кислые покрытия (АНО-2, СМ-5 и др.)
состоят в основном из окислов железа и мар-
ганца (обычно в виде руд), кремнезема, ферро-
марганца.
Рутиловые покрытия (АНО-3, АНОЛ,
ОЗС-З, ОЗС-4, ОЗС-6, МР-3, М1>-4 и др.) имеют
в своем составе преобладающее количество
рутила (TiO2). Например, покрытие электрода
марки МР-3 состоит из рутила (50?/,), талька,
мрамора, каолина, ферромарганца, целлюлозы
и жидкого стекла. Рутиловые покрытия при
сварке менее вредны для дыхательных органов
сварщика, чем другие.
Целлюлозные покрытия (ВСЦ-1, ВСЦ-2,
ОЗЦ-1 и др.) состоят из целлюлозы, органиче-
ской смолы, ферросплавов, талька и др.
Основные покрытия (УОНИИ-13/45,
УП-1/45, ОЗС-2, ДСК-50 и др.) не содержат
окислов железа и марганца. Покрытие марки
УОНИИ-13/45 состоит из мрамора, плавико-|
вого шпата, кварцевого песка, ферросилиция,
ферромарганца, ферротитана, жидкого стекла.
Кислые покрытия при сварке насыщают
металл шва кислородом и водородом в боль-
шей степени, чем при сварке с другими видами
I покрытий. Металл шва, выполненный электро-
дами с основным (фтористокальциевым) по-
крытием, обладает большей ударной вязко-
стью (рис. 21), меньшей склонностью к старе-
нию и образованию трещин. Этими электрода-
ми сваривают особо ответственные изделия из
низкоуглеродистой и легированной сталей.
Целлюлозные покрытия удобны при сварке
в/.любом пространственном положении, но да-
ют] наплавленный металл пониженной пластич-
ности. Они применяются главным образом для
сварки низкоуглеродистой стали малой тол-
щины.
Рис. 21. Ударная вязкость металла шва, выполненно-
го электродами разных марок
При выборе марки электрода для сварки
конструкций в монтажных условиях следует
учитывать трудность поддержания постоянной
длины дуги, что может привести к образованию
пор в швах. Электроды с основными покрытия-
ми очень чувствительны к изменению длины
дуги. Поэтому при монтажной сварке следует
применять электроды с рутиловым или с ру-
тилоосновным покрытиями (СМ-П, АНО-11).
Классификации стальных покрытых элект-
родов. Стальные покрытые электроды для руч-
ной дуговой сварки и наплавки подразделяются
по назначению:
для сварки углеродистых и низколегирован-
ных конструкционных сталей с временным со-
противлением разрыву до 60 кге/мм2, обозна-
чаются— У;
для сварки легированных конструкционных
сталей с временным сопротивлением разрыву
свыше 60 кге/мм2— Л;
для сварки легированных теплоустойчивых
сталей — Т;
для сварки высоколегированных сталей с
особыми свойствами — В;
для наплавки поверхностных слоев с особы-
ми свойствами — Н.
По толщине покрытия в зависимости от от-
ношения диаметра электрода (£>) к диаметру
стального стержня (d):
с тонким покрытием (Jp< 1,20) — М;
с средним покрытием (1,20 < <1,45) — С;
с толстым покрытием (1,45 < £ < 1,80) — Д;
с особо толсты^ покрытием (^ > 1,80) — Г.
По видам покрытия
с кислым покрытием — А; с основным по-
28
chipmaker.ru
срытием — Б; с целлюлозным покрытием — Ц;
С рутиловым покрытием — Р; с покрытием сме-
шанного вида — соответствующее двойное
• условное обозначение; с прочими видами по-
крытий — П.
По качеству, т. е. точности изготовления,
состояния поверхности -покрытия, сплошности
выполненного данными электродами металла
шва и по содержанию серы и фосфора в наплав-
ленном металле, электроды делятся на груп-
пы 1, 2 и 3.
По допустимым пространственным положе-
ниям сварки или наплавки:
для всех положений — 1; для всех положе-
ний, кроме вертикального сверху вниз — 2;
дач нижнего, горгюнтального на вертикаль-
ной плоскости и вертикального снизу вверх — 3;
для нижнего и верхнего в лодочку — 4.
По роду тока и полярности, а также по но-
•минальному напряжению холостого хода ис-
точника переменного тока — с номера 0 до но-
мера 9 (ГОСТ 9466—75).
Типы электродов для сварки конструкцион-
ных сталей. Типы электродов для сварки конст-
рукционных сталей приведены в табл. 4.
В обозначение типа электрода входит бук-
ва Э (электрод) и цифра, показывающая мини
мальное временное сопротивление разрыву ме-
талла шва или наплавленного металла или
сварного соединения в кгс/мм2. Буква А после
цифрового обозначения электродов (типы Э42А,
Э46А, Э50А) указывает на повышенные плас-
тичность и вязкость металла шва. Каждый тип
включает несколько марок электродов.
Выбор типа и марки электрода зависит от
марки свариваемой стали, толщины листа, жест-
кости изделия, температуры окружающего воз-
духа при сварке, пространственного положения,
условий эксплуатации сварного изделия и др.
Следует учитывать, что электроды 3-й группы
качества изготовления создают при сварке бо-
лее плотный металл шва и с меньшим содержа-
нием серы и фосфора в нем. Электроды должны
обеспечивать однородность химического со-
става наплавленного металла с основным.
Типы и характеристики электродов для свар-
ки легированных теплоустойчивых, высоколе-
гированных с особыми свойствами сталей при-
ведены в гл. XVI. Электроды для наплавки по-
верхностных слоев с особыми свойствами при-
ведены в гл. XIX.
В технических документах (чертежах, тех-
нологических картах и др.) условное обозначе-
ние электродов состоит из обозначения марки,
4. Электроды для сварки конструкционных сталей
(ГОСТ 9467—75)
Механические свойства
при нормальной температуре
сварного сое дине-
металла шва или наплавленного НИЯ, вы-
металла полнен-
него элек-
тродами
диамет-
электрода ром ме- нее 3 мм
временное сопротив- ление раз- относи- тельной удлине- ние 6_, % ударная вязкость времен- ное соп- ротивле- угод загиба,
pbIByOg, кгс/мм5 КГС• -м/см2 йие раз- KFc/l^M2 град
не менее
эз« 38 14 3 38 60
Э42 42 18 8 42 150
•Э46 46 18 8 46 150
Э50 50 16 7 50 120
Э42А 42 22 15 42 180
Э46А 46 22 14 46 180
Э50А 50 20 13 50 150
Э55 55 20 12 55 ) 150
Э60 60 18 10 60 120
Э70 70 14 6 — —
Э85 85 12 5 — —
Э100 ,100 10 5 — —
Э125 125 8 4 — —
Э150 150 6 4 — —
диаметра, группы электродов (ГОСТ 9466—75).
Например) электроды типа Э46А по
ГОСТ 9467—75 марки УОНИИ-13/45, диамет-
ром 3,0 мм для сварки углеродистых и низколе-
гированных сталей У с толстым покрытием Д
2-й группы, с установленной по ГОСТ 9467—75
группой индексов 43 2(5), указывающих харак-
теристики наплавленного металла и металла
шва, с основным покрытием Б для сварки во
всех пространственных положениях 1, на по-
стоянном токе обратной полярности 0, обозна-
чаются на этикетках тары (коробках, ящиках,
пачках)
Э46А—УОНИИ-13/45—3,0—УД2
Е 43 2(5)—Б10
ГОСТ 9466—75, ГОСТ 9467—75. Те же электро-
ды в технических документах обозначаются
УОНИИ-13/45—3,0—2 ГОСТ 9466—75.
Группа индексов в структуре условного
обозначения электродов, предназначенных для
29
chipmaker.ru
сварки легированных конструкционных сталей
с 60 кгс/см2, содержит данные о среднем
содержании основных химических элементов в
наплавленном металле, а также минимальную
температуру, при которой металл шва и наплав-
ленный металл после термйческой обработки
при испытании образцов составляет ударную
вязкость не менее 3,5 кгсм/см2. Например,
электроды типа Э85 по ГОСТ 9467—75, мар-
ки ЦЛ-18, диаметром 3,0 мм для сварки леги-
рованной стали Л с временным сопротивлением
разрыву более п0 кгс/см2, с толстым покрыти-
ем Ц, 2-й Труппы, с установлением по ГОСТ
9467—75 группой индексов, указывающих на
Получение наплавленного металла и металла
шва со средним содержанием 0,18% углерода,
1% хрома, 1 % марганца; после термической
обработки при испытании образцов вязкость
не менее 3,5 кгсм/см2 при температуре —10°С
(2); электроды имеют основное покрытие Б,
позволяющее производить сварку во всех про-
странственных положениях 1, на постоянном
токе обратной полярности 0, обозначаются
на этикетках тары (ящиках, коробках, пачках)
Э85—ЦЛ-18—3,0—ЛД2
Е— 18Х1Г1— 2 -Б10
ГОСТ 9466 75, ГОСТ
9467—75. Те же электроды в технических до-
кументах обозначаются ЦЛ 1-8 3,0 2 ГОСТ
9466—75.
§ 21. Порошковая проволока
Порошковая проволока представляет собой
стальную оболочку, наполненную запрессован-
ным в ней порошком. Она применяется как для
сварки, так и для наплавки.
В настоящее время изготовляется порошке
вая проволока в основном пяти г инов (рис. 22).
Оболочка порошковой проволоки / и 2 г инов
Представляет собой простую трубку; в J и 4 ти-
пах один или два края стальной ленты нафор-
мованы в оболочке, 5 тип выполнен в виде
двух разделенных оболочек. Порошковая про-
волока изготовляется диаметром от 1,6 до
3,6 мм. Для нее используется лента из низко-
6 2. 3 f S
Рис. 22. Конструкция оболочек порошковых прово-
лок
углеродистой стали Марки 08кп холодного про-
ката в состоянии «мягкая» или «особо мягкая».
Процесс изготовления порошковой прово-
локи начинается с удаления смазки с ленты в
очистительном приспособлении. Затем лента
пропускается через профилирующие устройства
и заполняется шихтой. При протягивании через
фильер лента сворачивается в трубку и обжи-
мает находящуюся в ней шихту. Проволока
проходит последовательно через несколько
фильер, постепенно уменьшается в диаметре
до необходимого размера, а заполняющий ее
порошок уплотняется. Важным показателем
качества порошковой проволоки является ко-
эффициент заполнения Кэ, который опреде-
ляется следующим выражением:
Л; - ~ 9
где Мш—масса шихты; МОб — масса оболоч-
ки порошковой проволоки.
Коэффициент заполнения порошковых про-
волок составляет 0,15—0,40.
В настоящее время отечественной промыш-
ленностью выпускается порошковая проволока
с пятью вадами шихты (порошков): рутило-
целлюлозная, карбонатно-флюоритная*, флюо-
ритная, рутиловая и рутило-флюоритная. По-
следние два типа порошковой проволоки ис-
пользую? для сварки с дополнительной защи-
той углекислым газом.
В габл. 5 приведены технические характе-
ристики некоторых марок порошковой прово-
локи и сравнение прочности металла шва с
выполненными сваркой покрытыми электро-
дами
Проволока типов ПП-АН1 и ПП-1ДСК с
простой трубчатой конструкцией нашла при-
менение при сварке неответственных изделий
в строительстве, речном судостроении и т. д.
Проволока типов ПП-АНЗ, ПП-АН7 и
ПГ1-АН11 с двухслойной оболочкой образует
металл шва с лучшими механическими свойст-
вами, чем проволока ПП-АН1; это позволяет
применять ее для сварки ответственных изде-
лий.
Весьма высокое качество металла шва по-
лучается при сварке порошковой проволокой с
дополнительной защитой углекислым газом
(ПП-АН4, ПП-АН8, ПП-АН9, Г1П-АН10). Этой
проволокой рекомендуется сваривать' особо от-
ветственные конструкции, эксплуатация кото-
* Флюорит — плавиковый шпат (Са F2).
30
chipmaker.ru
S. Характеристика порошковой проволоки
Марка проволоки Диаметр, мм Конструкция Основные компоненты порошка Положение сварки прочность металла шва по сравнению с выполнен* вым покрьь Тыми^лект-, родами Характер свариваемых । изделий
ПП-АН1 2,8 Простая трубчатая Рутил 4-целлю- лоза н Э50 Неответст- венные
ПП-АНЗ 3,0 Двухслойная Мрамор-(-пла- виковый шпат + .рутил н Э50А Ответствен- ные
ПП-АН7 2,3 То же То же н, в,, Г Э50А То же
ПП-АНП ’,0—2,4 >> » н,, £ г, п Э50А »
ЭПС-15'2 2,5 С двумя ЗЭ1И-' бами оболочки » ' н Э50А »
ПП-2ДСК 2,3 С одним заги- бом оболочки Плавиковый шпат н Э50А »
СП-1 1,6 — Мрамор 4-пла- виковый шпат в„ г Э50 Неответст- венные
Примечания. 1. Конструкция проволоки приведена в соо-в< гствии с рис. 22.
2. Обозначения: Н—нижнее, В|—вертикальное «снизу вверх», В2—вертикальное
«сверху вниз», Г — горизонтальное, П — потолочное.
рых происходит в сложных климатических, ус-
ловиях и при значительных динамических и
знакопеременных нагрузках.
Условия выбора типа порошковой проволо-
ки для сварки различных конструкций приво-
дятся в гл. XXII.
§ 22 Неплавящиеся электроды
/
Неплавящиеся электродные стержни изго-
товляются из чистого вольфрама, из вольфра-
ма с присадками окислов тория, лантана или
иттрия, электротехнического угля и прессован-
ного графита.
Вольфрам — тугоплавкий металл (темпера-
тура плавления 3410 °C), имеет достаточно вы-
сокую электропроводность и теплопроводность.
Дри сварке вольфрамовым электродом на по-
стоянном токе применяется прямая полярность.
Для электродов применяют стержни сле-
дующих марок: ЭВЧ — электродный вольфрам
чистый; ЭВЛ-10 и ЭВЛ-20 — электродный
вольфрам с присадкой 1—2% окиси лантана;
ЭВТ-15 —• электродный вольфрам с окисью то-
рия; ЭВИ-30 — электродный вольфрам с 1,5—
2% окиси иттрия. Присадки к вольфраму спо-
собствуют устойчивому горению дуги, а также
позволяют увеличивать плотность тока на элек-
троде. Для уменьшения окисления вольфрамо-
вого электрода и защиты сварочной ванны свар-
ка производится в инертном газе. Диаметр
вольфрамовых электродов составляет 2—10 мм
в зависимости от силы сварочного тока.
Контрольные вопросы
1. Назовите марки сварочной проволоки из низко-
углеродистой стали и их химический состав.
2. Как классифицируются стальные покрытые элект-
роды?
3. Назовите типы покрытых электродов для сварки
углеродистых, низколегированных и легирован-
ных сталей.
4. Перечислите названия некоторых марок порогД-
. ковой проволоки.
5. Назовите марки неплавящихсЯ' вольфрамовых
электродов.
chipmaker.ru
ГЛАВА
VI
ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ
ПРИ СВАРКЕ
Chipmaker.ru
§ 23. Силы, деформации, напряжении
~ связь между ними
Прочностью металла называют способность
его сопротивляться разрушению под действием
сил.
Силы подразделяют на внешние и внутрен-
ние. Внешние силы создаются от внешней на-
грузки: вес изделия, давление газа в сосуде,
предварительное натяжение элемента, напри-
мер, арматурного стержня в железобетоне и
от временной нагрузки: вес снега на крыше зда-
ния, ветер, создающий нагрузку на стену соору-
жения, сейсмические воздействия и др.
Внутренние силы возникают от изменения
температуры изделия при эксплуатации, изме-
нения структуры металла под действием внеш-
ней нагрузки или при сварке, или от действия
тех и других. В расчетах на прочность внутрен-
нюю силу часто называют усилием.
Внешние нагрузки бывают статическими (по-
стоянными в процессе эксплуатации изделия),
динамическими (переменными по величине и
направлению) и ударными. Динамические зна-
копеременные нагрузки называются также виб-
рационными.
Рис. 23. Изменение длины стержня при возрастании
нагрузки:
Р, Pt — силы, действующие на стержень
Деформацией называется изменение формы и
размеров тела под действием внешней или
внутренней силы. Допустим, что к концам
Стержня длиной L (рис. 23) приложены силы,
возрастающие от Р до Р,, растягивающие-его.
Под действием этих сил стержень удлиня-
ется. Обозначим через Д£ увеличение длины
стержня, называемое абсолютным удлинением.
Отношение абсолютного удлинения Д£ к пер-
воначальной длине стержня £ называется отно-
сительным удлинением Относитель-
ное удлинение обычно выражается в процен-
тах, т. е.
5 = -^100‘Х>.
При растяжении стержня постоянного сече-
ния величина деформации определяется дейст-
вующей силой. Чем больше сила, тем больше
вызываемая ею деформация.
Напряжением называют силу, отнесенную к
единице площади поперечного сечения тела.
(Зила измеряется в кгс, площадь ₽ мм2 или см2,
а напряжение в кгс/мм2, кгс/см2.
Различают напряжения растяжения, сжатия,
изгиба, кручения и среза. Величина напряжения
растяжения находится от деления растягиваю-
щей силы на площадь сечения детали, т. е.
ар-^,
где Ор - напряжение растяжения,
кгс/мм2; Р—растягивающая сила, kic; F — пло-
щадь поперечного сечения детали до ее разру-
шения, мм2.
Деформации могут быть упругие и пласти-
ческие. Если форма и размеры тела восстанав-
ливаются после прекращения действия силы,
то такая деформация будет упругой. Для
образца из низкоуглеродистой стали, в котором
Рис- 24. Диаграмма растяжения стали:
сту — предел упругости, ст, — предел текучести,
ств — временное сопротивление растяжению
32
chipmaker.ru
Рис. 25. Влияние температуры на величину предела
текучести стали
действует постоянно возрастающее напряже-
ние, деформация в виде относительного удли-
нения 8% остается упругой до тех. пор, пока
сила не превысит некоторый предел, называе-
мый пределом упругости су (рис. 24, точка В).
Точкой С на диаграмме отмечена сила (или на-
пряжение), при которой появляется деформация,
остающаяся после снятия нагрузки, — плас-
тическая деформация. Эту точку называют
пределом текучести с,.
Упругая деформация по величине весьма
незначительна. Для низкоуглеродистых сталей
она не превышает 0,2%. Следовательно, любое
усилие, вызывающее относительное удлинение
менее 0,2%, Приводит лишь к упругой деформа-
ции, которая сразу же исчезает при прекраще-
нии действия приложенного усилия.
Пластическая деформация сильно увеличи-
вается, если напряжение превышает предел уп-
ругости. Например, если напряжение в детали
из стали СтЗ превысит. предел упругости на
1 кгс/мм2, относительное удлинение -возрнотет
с 0,2 до 2%.
При повышении температуры стали, предел
упругости и предел текучести понижаются,'Сле-
довательно, пластическая деформация возника-
ет при меньших напряжениях или усилиях, чем
в холодном металле (рис. 25). Из рисунка вид-
но, что предел текучести при температуре О’С,
равный 25 кгс/мм2, при температуре 400"С
понижается до 15 кгс/мм2, а при 600°С до
(у кгс/мм2. При температуре выше 600'С пре-
дел текучести становится настолько малым,
что достаточно совсем небольшого усилия для
возникновения остаточной деформации.
§ 24. Возникновение напряжений
и деформаций при сварке
Любой металл при нагревании расширяется,
а при охлаждении — сжимается. При изменении
температуры меняется структура металла, про-
исходит перегруппировка атомов из одного ти-
па кристаллической решетки в другой, увеличи-
вается или уменьшается объем. Например, оло-
во способно переходить из одного типа кристал-
лической решетки в другой с изменением объема
до 26%. ’Эти явления вызывают возникновение
значительных внутренних напряжений, которые
нередко приводят к образованию трещин. На-
пример, если олово длительное время находит-
ся при температуре около —20°С, то оно начи-
нает разрушаться от самопроизвольного рас-
трескивания.
Изменение температуры тела приводит к
перемещению частиц металла. При наличии
сопротивляемости смещению в частице возни-
кает напряженное состояние (напряжение). Ве-
личина внутренних напряжений частицы 1
(рис. 26) в процессе нагрева возрастает с увели-
чением сопротивления соседних холодных час-
тиц. С изменением температуры величина сме-
щения частиц меняется. Если все частицы в оди-
наковой мере претерпевают смещения, вызван-
ные изменениями температуры, то внутренние
напряжения в теле не возникают. Если смещения
неравномерны, в теле возникают внутренние
напряжения. Неравномерные смещения частиц
происходят под действием неравномерного на-
грева или охлаждения тела. Внутренние напря-
жения в теле непрерывно меняются. Эти дина-
мические процессы затухают лишь при полном
охлаждении до температуры окружающего воз-
духа, вызывая деформации, а также трещины.
Представление о причинах возникновения
тепловых деформаций и напряжений может
дать ознакомление с элементарным процессом
равномерного охлаждения свободного стерж-
Рнс. 26. Схема сопротивляемости расширению:
1 — частицы во время нагрева, 2, 3. 4. 5 — холодные
частицы (смещение частицы I заппы ховамо)
33
chipmaker.ru
z
a)
L
Л
Рис. 28. Нагрев и охлаждение стержня, зажатого
между твердыми стенками:
а —г- схема установки стержня, б — зависимость на-
пряжений от температуры нагрева
B)
Рис. 27. Р°*номернос нагревание и охлаждение сво-
бодного стержня:
а — до нагрева, б — при нагреве, в — после охлаж-
дения
ня. Длина стержня (рис. 27) при изменении тем-
пературы определяется по формуле
/,Т=Л(1 + а7),
где £т —длина стержня, нагретого до темпе-
ратуры Т\ £ —длина стержня до нагрева;
а — коэффициент термического линейного рас-
ширения.
Все частицы стержня, условно показанные
на рис. ’27 кружками, при нагреве свободно, без
сопротивления со стороны соседних частиц,
смещаются на одинаковую величину, поэтому
при равномерном нагреве внутренние напряже-
ния не возникают.
С охлаждением стержня его длина уменьша-
ется. После охлаждения до исходной темпера-
туры стержень приобретает первоначальные
размеры. Внутренние напряжения в стержне при
охлаждении не возникают ввиду отсутствия
сопротивления свободному укорочению. Таким
образом, равномерный нагрев и охлаждение
свободного стержня вызывают изменения раз-
меров без появления остаточных внутренних
напряжений и остаточных деформаций.
Случай равномерного нагревания и охлаж-
дения свободного стержня имеет большое зна-
чение в сварочной практике. Чем равномернее
охлаждается по всей длине выполненный шов,
тем меньше будут остаточные напряжения и
деформацир. Поэтому часто по всей длине сва-
риваемого шва ставят нескольких сварщиков,
чтобы соблюдать условия равномерного нагре-
ва всех швов в изделии..
Для этого же применяется и предваритель-
ный (перед сваркой) иль сопутствующий (в про-
цессе сварки) подогрев металла изделия, глав-
ным образом при сварке хрупких металлов —
чугуна и высокопрочных сталей.
Равномерный нагрев и охлаждение стержня,
зажатого между двумя неподвижными стенка-
ми, не позволяющими ему удлиняться при на-
греве и допускающими укорочение при охлаж-
дении, показан на рис. 28.
В начале нагрева в стержне возникнут на-
пряжения (линия ОВ, рис. 28, б), которые могли
бы вызвать упругие деформации. Но так как
стенки не позволяют стержню удлиниться, то
в нем будут оставаться напряжения сжатия.
С повышением температуры они возраста-
ют и достигают предела текучести (точка В),
вызывая в процессе повышения температуры
уже пластическую деформацию сжатия (осажи-
вание, обжатие) стержня (линия BD). При уко-
рочении стержня его диаметр (сечение) увели-
чивается, а длина не изменяется.
При охлаждении стержня происходит раз-
грузка от напряжений (линия DE) и величина
их становится равной нулю (точка £). С этого
момента (линия ЕО) при дальнейшем охлаж-
дении стержень потеряет контакт с опорными
стенками и будет свободно укорачиваться без
появления новых внутренних напряжений.
К концу полного охлаждения стержень получит
остаточную деформацию Д£, которая опреде-
ляется по формуле ДА =aLT, т. е.. остаточное
укорочение пропорционально термическому ли-
нейному коэффициенту а, длине стеожня L и
температуре нагрева Т.
Остаточных напряжений в стержне нет,
так как он после равномерного нагрева (со стес-
chipmaker.ru
Рис. 29. Нагрев и охлаждение защемленного стержня:
а — схема защемления, б и в — зависимость напря-
жений от температуры нагрева
ненным расширением) равномерно охлаждался.
Пример с нагревом и охлаждением стержня
со стесненным расширением объясняет появле-
ние деформаций, направленных поперек шва,
при сварке незакрепленных деталей
лодные частицы металла, граничащие со швом.
Свариваемые детали изгибаются в сторону ши-
рокой части шва.
Нагрев и охлаждение стержня с защемлен-
ными концами показан на рис. 29. При нагреве
стержня процесс возникновения и нарастания
в нем термических напряжений и деформаций
происходит так же, как и в предыдущем случае.
Однако свободному укорочению препятствует
защемление стержня. Возникают растягиваю-
щие напряжения (линия ЕЕ, рис. 29, б); они
могут быть меньше или равны пределу текуче-
сти, что зависит от температуры нагрева.
При достижении растягивающими напря-
жениями предела текучести (точка N, рис. 29, в)
происходит вытяжка металла по длине стержня.
К моменту полного охлаждения стеря.ен^ бу-
дет иметь первоначальные геометрические раз-
меры, а металл стержня будет испытывать оста-
точные напряжения, равные пределу текуче-
сти (Сто). Если освободить стержень от защем-
ления после полного охлаждения, то он укоро-
тится на величину -^Д-^0,2% (для сталей),
т. е. на величину деформации в пределах упру-
гих напряжений.
Процессами, происходящими при нагреве
и охлаждении защемленного стержня, объясня-
ются напряжения и деформации, действующие
параллельно сварному шву.
Если длина сварного соединения в несколь-
ко раз превосходит ширину, то сопротивляе-
мость холодного металла удлинению при на-
греве й укорочению при охлаждении очень ве-
лика причем более значительна в продольном
направ.лении сварного соединения, чем в попе-
речном- Вследствие этого в сварных соединен
ниях как правило, остаточные продольные на-
пряжен™ растяжения равны пределу текучести
(для сталей), а остаточное продольное укороче-
ние меРьше- чем поперечное.
Так#™ образом, при сварке в нагреваемом
металл? возникают пластические продольные
и попеРечные деформации.
При сварке металлов, обладающих относи-
тельно низкой пластичностью в исходном со-
стояний эти напряжения и деформации могут
привод11™ к появлению трещин в сварных со-
единенГ1ях в любом направлении.
Предупредить разрушение сварных изделий
при сваРке и их эксплуатации могут только спе-
циальна предусмотренные мероприятия.
Распределение остаточных продольных на-
пряжен1^ в стыковом соединении дано на
рис. 30- "Видно, что в районе шва продольные
напряжен™ имеют знак + (растяжения), а по
бокам соединения действуют напряжения со
знаком — (сжимающие).
дЛ5* сталей величина растягивающих напря-
жений обычно равна пределу текучести.
Напряжения от структурных превращений
в метаЛле* При сварке закаливающихся сталей
образу)0™ структурные напряжения. Образо-
вание (Лартенсита сопровождается увеличением
объема» так как плотность мартенсита ниже
плотно0™ феррита или перлита. Поэтому при
образо?ании в сварном соединении участка с
марТенситной структурой этот участок можно
рг?СГ4а-гривать как нагреваемый стальной стер-
жень с препятствием к расширению.
Рис. 30- Распределение остаточных продольных на-
пряжен** ® стыковом соединении
chipmaker.ru
За счет нагрева металла до температуры мар-
тенситного превращения с высокой скоростью
возникают большие напряжения Мартенсит-
ное превращение в различных сталях может
происходить при температурах от 120 до 700°C.
В случае мартенситного превращения при высо-
кой температуре напряжения сжатия приводят
к значительной пластической деформации. Об-
разование мартенсита при низкой температуре
вызывает деформации малой величины. При
охлаждении в участке мартенсита появляются
растягивающие напряжения, которые быстро
достигают разрушающей величины и образуют
трещины. Меньше и реже появляются трещины
мартенситного происхождения при сварке ста-
лей с низкой температурой мартенситного пре-
вращения.
Растягивающие напряжения в мартенсит-
ном участке достигают разрушающей величи-
ны в любом направлении сварного соединения.
Виды деформаций при сварке. Деформации
могут быть временные и остаточные, местные
и общие, в плоскости и вне плоскости сварного
соединения.
Временными называют деформации, кото-
рые образуются в определенный момент вре-
мени при нагреве или охлаждении в процессе
сварки и после сварки исчезают.
Деформапии. возникающие в изделии к мо-
менту полного охлаждения металла до окру-
жающей температуры, называются остаточны-
ми (конечными).
Местные деформации относятся к отдель-
ным элементам изделия и выражаются в виде
выпучины, хлопуна, волнистости или других
искажений в плоскости изделия. Деформации,
при которых изменяются размеры всего изде-
лия искривляются геометрические оси, называ-
ются общими деформациями.
Деформации возможны в плоскости сварно-
го соединения, например в виде продольных
и поперечных деформаций (рис. 31), и деформа-
Рис. 31. Деформации в плоскости сварных соедине-
ний:
1 — форма, соединения до сварки, 2 — после сварки
Рис. 32. Деформации вне плоскости сварных соеди-
нений:
а — серповидность балки, б — грибовйдность полок
балки, в — угловая деформация стыкового соедине-
ния, f — прогиб балки; 1, 2,3,4 — порядок наложе-
ния швов
ции вне плоскости, например в виде серповид-
ности, грибовидности и угловой деформации
(рис. 32).
§ 25. Основные мероприятия
по уменьшению деформаций
и напряжений при сварке
При сварке изделий невозможно полностью
избежать остаточных деформаций. При всесто-
роннем защемлении свариваемого изделия мож-
но лишь свести деформации изделия к концу
охлаждения к минимальной величине. Всесто-
роннее защемление при сварке изделия практи-
чески осуществить трудно, поэтому такой спо-
соб борьбы со сварочными деформациями поч-
ти не применяют. Используются только такие
способы, которые позволяют получать сварные
изделия с минимальными остаточными дефор-
мациями Некоторые способы борьбы с дефор-
мациями изделия приводят к возрастанию внут-
ренних напряжений, например, закрепление сва-
риваемых деталей перед сваркой.
Для борьбы со сварочными деформациями
применяются конструктивные и технологиче-
ские; способы.
К конструктивным способам относятся:
L. Уменьшение количества сварных швов и
их сечения, что снижает количество вводимого
при сварке тепла. Между количеством тепла и
величиной .деформации при сварке существует
прямая зависимость. Поэтому минимальная
деформация конструкции будет при наимень-
ших протяженности и сечении швов, например
36
chipmaker.ru
Рис. 33. Влияние симметричных швов на деформации:
7, 2, 3, 4 — порядок наложения швов
резервуары изготовляют в настоящее время из
больших листов или из предварительно собран-
ных в заводских условиях полос и карт.
2. Симметричное расположение швов для
уравновешивания деформаций (рис. 33). На-
пример, при изготовлении балки двутаврового
сечения со сплошной стенкой наложение одного
нижнего поясного шва вызовет изгиб балки —
серповидную деформацию.Л, а наложение верх-
него поясного шва вызовет изгиб в обратную
сторону. Таким образом, балка будет иметь
конечный прогиб /0, /0 <ft.
3. Симметричное расположение ребер жест-
кости.
4. Минимальное использование накладок п
косынок.
5. Применение стыковых соединений.
К технологическим способам относятся:
1. Рациональная технология сборки и свар-
ки, которая включает правильный выбор вида
и режима сварки, а также правильную последо-
' вательность наложения швов. Например, при
ручной сварке деформация вдвое больше, чем
• при автоматической. Соединения без скоса кро-
мок дают меньшие деформации, чем соедине-
ния с разделкой кромок. Соединения с двусто-
ронним скосом кромок образуют меньшие де-
формации, чем соединения с односторонним
'скосом.
Величина деформации зависит от способа
сборки и прихватки*. Детали собираются с
жестким креплением, не допускающим какого-
либо смещения одной детали относительно
' другой или с эластичным, допускающим сме-
щение деталей. Жесткое крепление деталей осу-
ществляется сварочными прихватками в отдель-
ных местах шва (рис. 34, а) или жесткими сбо-
рочно-сварочными приспособлениями. Сбор-
ка с эластичным креплением производится спе-
циальными пластинами, временно прихваты-
ваемыми к деталям на некотором расстоянии
* Прихватки — короткие швы с поперечным се-
чением до */з поперечного сечения полного шва.
О) 5) 8)
Рис. 34. Сборка на прихватках:
а — жесткие прихватки, б, в — эластичные прихватки
от оси шва (рис. 34, б, в). Жесткая сборка при-
водит к меньшей конечной деформации по срав-
нению с эластичной.
На величину конечных деформаций влияет
последовательность наложения швов. Напри-
мер, наименьшая стрела прогиба узла, показан-
ного на рис. 35, будет при такой последова-
тельности выполнения швов: сначала — попе-
речный шов 2, затем — продольный 1 и после не-
го — поперечный вертикальный 3.
2. Жесткие закрепления деталей. Собранное
изделие полностью сваривается, если закреп-
лено на фундаменте, плите или приспособле-
нии, которые имеют жесткость, в несколько
раз большую по сравнению с сварным изде-
лием. После сварки и полного охлаждения
изделия зажимы удаляются. После освобож-
дения изделия деформация будет меньше, чем
Рис. 35- Правильная последовательность сварки узла:
1 — продольный шов, 2, 3 — поперечные швы •
37
chipmaker.ru
при сварке в свободном состоянии. Закрепле-
нием можно снизить сварочные деформации на
10—30% в зависимости от ряда условий. Этот
способ дает наибольший эффект при сва'рке
балок малой высоты и наименьший — при свар-
ке высоких балок (1000 мм и более).
Закрепление рекомендуется при сварке плос-
ких листов для предотвращения угловых дефор-
маций. Листы можно прижимать вблизи шва,
например, электромагнитными прижимами.
Чем тоньше свариваемые листы, тем целесооб-
разнее их закрепление, с тем чтобы избежать
также и выпучивания.
Полностью устранить деформации закреп-
лением невозможно, так как при освобождении
от зажима сварное изделие продолжает дефор-
мироваться за счет силы, сконцентрированной
на участке металла с пластической деформа-
цией.
3. Обратный выгиб деталей. Свариваемые
детали предварительно изгибают перед свар-
кой на определенную величину f в обратную
сторону (рис. 36) по сравнению с изгибом, вы-
зываемым сваркой. Этот прием используется
при сварке узлов таврового сечения. Величина
изгиба устанавливается опытным или расчет-
ным путем. Обратный изгиб перед сваркой вы-
полняют с приложением усилия в пределах
упругого, упруго-пластического и пластическо-
го состояния. Сварка изделия с упругим изги-
бом производится в особых силовых приспо-
соблениях. Изделие с пластическим изгибом
сваривается в свободном состоянии. Однако
для получения пластического изгиба требуется
мощное оборудование; поэтому такой способ
редко применяется в сварочном производстве.
Пользуясь обратным изгибом, можно полно-
стью устранить конечные деформации сварных
изделий.
4. Правильный тепловой режим. Для умень-
шения деформации изделий, особенно из мало-
пластичных металлов, например чугуна или за-
каливающихся сталей, можно применять пред-
Рнс. 36. Обратный выгиб элемента тавра:
а — сборка тавра с обратным вьп ибом f 6 — форма
тавра после сварки
варительнЫй подогрев зоны сварки шириной
40—50 мм с каждой стороны шва. При этом
снижается перепад температур между участка-
ми сварного соединения, подвергающимися
сильному нагреву при наложении шва, и сле-
довательно, уменьшаются напряжения и конеч-
ные деформации. Температура предь зритель-
ного подогрева устанавливается в зависимости
от химического состава металла, его толщины
и жесткости конструкции, например: для ста-
ли — 400—600°С, для чугуна — 500—800°С,
для алюминиевых сплавов — 200—270°C, для
бронзы — 300—400°С. При сварке особо ответ-
ственных конструкций из низкоуглеродистых
сталей толщиной более 40 мм устанавливают
температуру подогрева 100—200°С, при сварке
низколегированных сталей толщиной более
30 мм—150—200°С.
Предварительный подогрев выполняют га-
зовыми горелками, электрическими или индук-
ционными нагревателями. Можно применять
также сопутствующий подогрев.
5. Многослойные и обратноступенчатые
швы. Последовательное введейие меньших ко-
личеств тепла применением многослойных швов
вместо одновременного при однослойном шве
способствует выравниванию нагрева сварного
соединения и уменьшает сварочные напряжения
и деформации.
Обратноступенчатый способ заключается в
том, что всю длину шва разбивают на отдель-
ные ступени и сварка каждой ступени произво-
дится в направлении, обратном общему на-
правлению сварки. Этот способ обеспечивает
более равномерный нагрев металла шва по
всей его длине и минимальные сварочные де-
формации и напряжения (рис. 37). Длина ступе-
ни при обратноступенчатой сварке зависит от
толщины металла, формы, жесткости сваривае-
Рис. 37. Схемы заполнения швов по длине:
a — напроход, б — от середины к краям, в — обрат-
ноступенчатая; I, II, III, IV — ступени, А — общее
направление шва
*—л
38
chipmaker.ru
мого изделия. Она выбирается в широких пре-
делах (100—400 мм). Чем тоньше свариваемый
металл, тем меньше длина ступени. Часто дли-
ну свариваемой ступени рассчитывают по длине
шва, получающейся от одного или двух элект-
родов.
6. Принудительное охлаждение в процессе
сварки. Уменьшая зону нагрева при сварке
созданием быстрого и интенсивного, отвода
тепла, можно значительно уменьшить остаточ-
ные деформации. Отвод тепла осуществляют,
погружая изделие в воду и оставляя на воздухе
только участок сварки. Этот способ пригоден
для незакаливающихся низкоуглеродистых ста-
лей. В других случаях можно применять мас-
сивные подкладки под швом из меди или мед-
ных сплавов, обладающих высокой теплопро-
водностью. Эти подкладки можно дополнитель-
но охлаждать циркулирующей внутри водой.
Медные подкладки дают хорошие результаты
при сварке, например, нержавеющих сталей
небольшой толщины.
7. Применение внешней растягивающей си-
лы. Внешняя растягивающая сила, приложен-
ная к концам свариваемого изделия, например
двутавровой балки, позволяет свести к нулю
укорочение нагретого металла обжатием (осад-
кой). Этим устраняется конечная сварочная
деформация по направлению действия силы.
Сила усадки при сварке изделия способствует
укорочению, а внешняя растягивающая сила —
удлинению волокон металла. Если волокна
металла будут деформироваться в направлении
растягивающей силы, то при правильно подо-
бранной величине этой силы можно добиться
полного устранения конечных деформаций свар-
ного изделия.
Этот способ борьбы с деформациями вполне
целесообразен, однако редко используется из-за
отсутствия соответствующего силового обору-
дования.
8. Местная силовая обработка сварных швов
и околошовной зоны. Снижение сварочных де-
формаций и напряжений в сварных соединениях
достигается ковкой (ударной силой), обкаткой
(статической силой), вибрационным давлением
(пульсирующей силой) и другими силовыми
воздействиями. Все виды силовой обработки
металла шва и околошовной зоны создают
местную пластическую деформацию удлинения,
обратную деформации укорочения от сварки.
В результате этого сварное изделие приобре-
тает первоначальную форму и размеры.
Ковка производится ручным или механиче-
ским молотком массой 0,5—1,5 кг; холодная
ковка выполняется при температуре 20—200°С,
горькая — при температуре 450—1000°С (для
стали). Ковка стали в температурном интервале
200—450°C не рекомендуется ввиду ее низкой
вязкости и возможности образования трещин.
При ручной сварке штучными электродами
и при горячей ковке следует выполнять швы
длиной 150—200 мм и сразу же после сварки
проковывать их. При многопроходной или мно-
гослойной сварке проковка производится после
каждого прохода или наложения слоя, за исклю-
чением первого и последнего (декоративного).
Первый, корневой шов проковывать нельзя,
так как он имеет малое сечение, и при ударе в
нем возникнут трещины. Верхний, тонкий де-
коративный слой вызывает весьма незначи-
тельные деформации; кроме того, ковка ухуд-
шит внешний вид шва. При ручной сварке с
последующей холодной проковкой следует вы-
полнять швы заданной длины и проковку вести
при температурах не выше' 200°С молотком
массой 0,5—1,5 кг.
При изготовлении сварных конструкций вре-
мя ковки превышает время сварки в 1—2 раза,
поэтому ковка применяется редко.
Широко применяется ковка в ремонтных
сварочных работах. Она улучшает структуру
металла, уплотняет его и этим увеличивает
коррозионную стойкость и повышает механи-
ческие свойства сварного соединения.
Металлы, имеющие малую пластичность
при высоких температурах, должны коваться в
холодном состоянии. Ковка закаливающихся
при сварке сталей не рекомендуется из-за воз-
можности появления трещин.
Сварное изделие исправляется от конечных
деформаций (коробления) механической или
термической правкой. Сущность правки заклю-
чается в придании изделию новых деформаций,
уничтожающих первоначальный, возникшие от
сварки. Механическая правка изделия выпол-
няется вручную тяжелым молотком или на
станках и прессах, а термическая — местным
нагревом изделия газовым пламенем.
Местный нагрев расширяет металл, а со-
седний холодный металл оказывает расшире-
нию горячего металла сопротивление, в резуль-
тате чего в горячем металле возникают пласти-
ческие напряжения сжатия.
После охлаждения нагретого участка его
размеры уменьшаются во всех направлениях,
что приводит к уменьшению или полному ис-
чезновению деформации. Для получения мак-
39
chipmaker.ru
симального эффекта можно производить на-
грев с одновременным охлаждением соседних
участков водой.
Термическая правка выполняется рабочими,
имеющими специальные навыки.
ГЛАВА VII
СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
И ШВЫ
Контрольные вопросы
1. Что называется деформацией?
2. Какая разница между упругой и пластической
деформацией?
3. Как влияет температура нагрева на предел теку-
чести стали?
4. Объясните явления возникновения напряжений и
деформаций при нагреве и охлаждении стального
образца.
5. Начертите схему распределения продольных на-
пряжений в стыковом сварном соединении.
6. Назовите виды деформаций сварных пластин и
изделий.
7. Назовите способы борьбы с деформациями при
сварке изделий.
8. В чем заключаются механический и термический
способы правки сварного изделия?
Chipmaker.ru
§ 26. Виды сварных соединений
Сварным соединением называют неразъем-
ное соединение нескольких деталей, выполнен-
ное сваркой. При сварке плавлением применя-
ют стыковое, нахлесточное, углоное и тавровое
соединения. Применяются также соединения
прорезные, торцовые, с накладками и электро-
заклепочные.
В стыковом соединении состав-
ляющие его элементы расположены в одной
плоскости или на одной поверхности (рис. 38,
а—в). Оно наиболее распространено в сварных
изделиях, так как имеет следующие преимуще-
ства перед остальными:
1. Неограниченная толщина свариваемых
элементов
2. Более равномерное распределение-сило-
вых линий (напряжений) при передаче усилий от
одного элемента к другому (рис. 39).
3. Минимальный расход металла на образо-
вание сварного соединения.
4. Надежность и удобство контроля качества
соединения рентгеновским излучением с опре-
делением места, размеров и характера дефекта
сварки.
Недостатками стыковых соединений перед
другими видами являются:
1. Необходимость более точной сборки эле-
ментов под сварку.
2. Сложность обработки кромок под сты-
ковую сварку профильного металла (уголки,
швеллеры, тавры, двутавры).
Угловое соединение — сварное со-
единение двух элементов, расположенных под
прямым углом и сваренных в месте примыкания
их краев (рис. 38, Э).
Тавровое соединение — сварное
соединение, в котором к боковой поверхности
одного элемента примыкает под углом и прива-
40
chipmaker.ru
Рис. 38. Основные виды свврных соединений:
а — стыковые, б — стыковые с отбортовкой, в — стыковые листов разной
толщины, г — нахлесточные, д — угловые, е — тавровые, зк — прорезные,
з — торцовые, и—с накладками, к — электрозаклепочные; I, 3—'свари-
ваемые детали, 2 — накладки
,рен торцом другой элемент (рис. 38, ё), как пра-
вило, угол между элементами прямой.
Угловые и тавровые соединения широко ис-
пользуются при сварке балок, колонн, стоек,
каркасов, ферм и др., обеспечивая увеличение
жесткости и уменьшение деформаций изде-
лия.
Нахлесточное соединение пред-
ставляет собой сварное соединение, в котором
свариваемые элементы расположены парал-
,лельно и перекрывают друг друга. Эти соедине-
ния имеют недостатки:
1. Расход основного металла на перекрытия
в соединении. Необходимость экономии метал-
ла ограничивает применение нахлесточных со-
единений для элементов толщиной до 20 мм.
Величина нахлестки (перекрытия) должна быть
не менее 5 толщин наиболее тонкого из свари-
ваемых элементов.
2. Распределение силового потока в нахлес-
точном соедйнении является нелинейным
(рис. 39, б), поэтому оно хуже работает на
переменную или динамическую нагрузку, чем
стыковое. В конструкциях, работающих при
низких температурах и подвергающихся дей-
ствию переменных или динамических нагрузок,
следует избегать нахлесточных соединений.
3. Возможность проникновения влаги в щель
между перекрываемыми листами (при одно-
сторонней сварке), что вызывает коррозию свар-
ного соединения.
4. Сложность определения дефектов сварки.
Преимуществами нахлесточного соединения
являются:
41
chipmaker.ru
Рис. 39. Распределение силовых линий в соедине-
ниях:
а — в стыковом, 6 — в нахлесточном
1. Отсутствие скоса кромок под сварку.
2. Простота сборки соединения (возмож-
ность подгонки размеров за счет величины на-
хлестки).
Прорезные соединения (рис. 38, ж)
применяются тогда, когда длина шва нахлес-
точного соединения не обеспечивает достаточ-
ной прочности.
Соединения с накладками (рис. 38, м)
применяют только в тех случаях, когда не могут
быть выполнены стыковые или нахлесточные
соединения.
Накладки применяются также для соедине-
ния элементов из профильного металла и для
усиления стыковых соединений.
Соединения электрозаклепками
(рис. 38, к) применяют в нахлесточных и тав-
ровых соединениях. При помощи электроза-
клепок получают прочные, но не плотные со-
единения. Верхний лист пробивается или про-
сверливается, а отверстие заваривается так,
чтобы был частично проплавлен нижний лист
(или профиль). При толщине верхнего листа до
6 мм его можно предварительно не просверли-
вать, а проплавлять дугой, горящей под флю-
сом или в защитном газе, при этом можно при-
менять и неплавящиеся электроды.
Основные типы и конструктивные элементы
электрозаклепочных швов сварных соединений
устанавливаются ГОСТ 14776—69.
§ 27. Классификация сварных швов
Сварные швы подразделяются по виду свар-
ного соединения и геометрическому очертанию
сечения шва на стыковые и угловые (рис. 40).
Стыковой шов характеризуется шириной в и
усилением Ив, глубиной провара Ип, угловой —
катетом К, шириной В, толщиной Н. Стыковые
швы применяют для выполнения стыковых,
торцовых, отбортованных, а - иногда и угловых
соединений. Угловые швы применяют в на-
хлесточных, тавровых и угловые соедине-
ниях. Размеры сечения швов установлены
ГОСТ 5264—69.
По форме наружной поверхности стыко-
вые швы могут быть плоские или выпуклые
(рис. 41, г). Угловые швы могут выполняться
и вогнутыми. Сварные соединения с выпуклы-
ми швами лучше работают на статическую на-
грузку, чем соединения с плоскими, или вогну-
тыми швами. Однако швы со слишком боль-
шой выпуклостью вследствие большого коли-
чества наплавленного металла неэкономичны.
Стыковые соединения с плоскими швами и
угловые, тавровые и нахлесточные соединения
с вогнутыми швами лучше работают на дина-
мическую или знакопеременную нагрузку, чем
соединения с выпуклыми швами. Это объясня-
ется тем, что при плоских и вогнутых швах нет
резких переходов от основного к наплавленно-
му металлу, в которых имеется концентрация
напряжений И от которых может начаться раз-
рушение соединения. В соответствии со стан-
дартом допускается выпуклость шва при ниж-
ней сварке до 2 мм и не более 3 мм для швов,
выполненных в остальных положениях. Вогну-
тость допускается во всех случаях не более 3 мм.
По положению в пространстве различают
швы нижние, вертикальные, горизонтальные и
потолочные (рис. 41, а).
Сварка нижних швов наиболее удобна, легко
поддается механизации. Наиболее сложен и
труден потолочный шов, выполнение которого
требует специальной тренировки. Выполнение
горизонтальных и вертикальных швов на вер-
Рис. 40. Классификация сварных швов по геометри-
ческому очертанию сечения
42
chipmaker.ru
Вертикальный
Горизонтальный
Фланговый
(баковой)
Лобовой
ванный
Косой
Потолочный- Нижние
6)
Нормальный
Выпуклый
Вогнутый
г)
(рис. 41, б). Шахматный шов — двусторонний
прерывистый шов таврового соединения, в ко-
тором промежутки на одной стороне стенки
расположены против сваренных участков шва
на другой стороне. Расстояние от начала про-
Комбиниро- варенного участка шва до начала следующего
участка называется шагом шва. Прерывистые
швы применяют в соединениях, не требующих
герметичности (непроницаемости) и когда
сплошные швы слабо нагружены. Сварные со-
единения со сплошными швами лучше выдер-
живают знакопеременную нагрузку и меньше
поддаются коррозии, чем соединения с преры-
вистыми швами. Особо ответственные сварные
изделия, как правило, выполняются со сплош-
ными швами.
По условиям работы швы' подразделяются
на рабочие, воспринимающие внешние нагруз-
ки, и связующие (соединительные швы), пред-
назначенные только для скрепления частей из-
делия. Связующие швы часто называют нера-
бочими швами.
сварных швов:
б)
Рис. 41. Классификация
а — по положению в пространстве, б — по протя-
женности, в — по отношению к направлению дей-
ствующих усилий, г — по форме наружной поверх-
ности
тикальной плоскости несколько труднее, чем
нижних, но легче потолочных. Вертикальные,
горизонтальные и потолочные швы в большин-
стве случаев применяют в строительстве и мон-
таже крупных сооружений и значительно реже —
в заводских условиях, где с помощью приспо-
соблений удается почти полностью сваривать
конструкцию только в нижнем положении.
Многие сварщики высокой квалификации вы-
полняют вертикальные швы с лучшим качест-
вом, чем нижние, так как в этом случае из сва-
рочной ванны легче удаляются загрязнения и
металл шва становится чище, плотнее и проч-
нее.
По отношению к направлению действую-
щих усилий швы подразделяются на фланговые
(боковые, продольные), оси которых параллель-
ны направлению усилия; лобовые, оси которых
перпендикулярны к направлению усилия; ком-
бинированные и косые (рис. 41, е).
По протяженности различают швы сплош-
ные и прерывистые. Прерывистый шов может
быть цепным или шахматным. Цепной шов
представляет собой двусторонний прерывис-
тый шов таврового соединения, в котором уча-
стки сварки и промежутки расположены по
обеим сторонам стенки один против другого
§ 28. Условные обозначения швов
сварных соединений
На чертежах сварных изделий применяется
система условного изображения и обозначения
швов сварных соединений по ГОСТ 2.312—72.
В планах и боковых видах чертежа место
видимого шва изображают сплошной линией,
а невидимого—пунктирной линией (рис. 42, а, б)
В поперечных сечениях границы шва изобража-
ют сплошными полужирными линиями, а кром-
ки свариваемых частей — сплошными тонкими
линиями (рис. 42, в).
Обозначение шва отмечается выноской, со-
стоящей из наклонной линии и полки. Наклон-
ная линия заканчивается односторонней стрел-
кой на месте шва.
Рис. 42. Условное изображение сварных швов:
а, б — видимый и невидимый швы, в — поперечное
сечение; 1 — односторонняя стрелка, 2 — полка,
3 и 4 — элементы видимого и невидимого твой
43
chipmaker.ru
6. Условные обозначения швов сварных соединений
гост Наименование ГОСТа Вид соединения Условные обозначения швов
5264—69 Швы свар- ных соедине- ний Стыковое Cl —С25
Ручная ду- говая сварка Угловое Тавровое Нахлес- точное У1—У10 Т1 тн Н1 -НЗ
11534—75 То же (под острым и ту- пым углами) Угловое Тавровое УН—У15 TH -Т15
14771—76 Швы свар- ных соедине- ний. Дуговая сварка в за- щитном газе Стыковое Угловое Тавровое Нахлес- точное * С1--С27 У1—У10 Т1 —19 Hl Н4
14776—69 Швы свар- ных соедине- ний электро- заклепочные Нахлес- точное Hl Н6
7. Вспомогательные знаки
Особенности швов Условный знак
Прерывистый шов с цепным распо- ложением участков
То же, с шахматным расположением Z
Монтажный шов я
Шов по замкнутому контуру о
То же, по незамкнутому 1
Шов со снятым усилением Q
Шов, имеющий местную обработ- ку в переходах к основному металлу
Характеристика шва проставляется или над
полкой (когда односторонней стрелкой указана
.лицевая сторона шва), или под полкой (когда
указана образная сторона шва) и состоит из
следующих элементов (табл. 6):
обозначения стандарта на типы и конструк-
тивные элементы швов сварных соединений;
буквенно-цифрового обозначения швов, при-
нятого в стандарте;
условного обозначения способа сварки, при-
нятого в стандарте (иногда не указывается);
знака профиля шва и размера его катета
(только для швов угловых, тавровых и нахлес-
точных соединений);
размера длины провариваемого участка (для
прерывистого шва), шага и знака, обозначаю-
щего цепной или шахматный шов;
вспомогательных знаков (забл. 7).
Вспомогательными знаками обозначаюзея
особые условия выполнения швов (например,
сварка на монтаже, выполнение шва со снятым
усилением и др.)
Все элементы условногообозначения распо-
лагаются в указанной последовательности и
отделяются друг от друга знаком дефис (за ис-
ключением вспомогательных знаков).
Буквенные обозначения способа сварки не-
обходимо проставлять на чертеже только в слу-
чае применения нескольких видов сварки в дан-
ном изделии, например, П — полуавтоматиче-
ская дуговая сварка, Г — газовая, У — дуговая
в углекислом газе, А — автоматическая дуговая
и др., ручная дуговая сварка не имеет буквен-
ного обозначения. Можно не указывать на
полке линии-выноски обозначения стандарта,
если все швы в изделии выполняются по одному
стандарту. В этом случае следует сделать соот-
ветствующее указание в примечаниях на чер-
теже.
Примеры условного обозначения сварных
швов приведены в табл. 8.
§ 29. Расчет сварных швов на прочность
При проектировании сварных конструкций
прочность их определяется на основании рас-
четов, которые сводятся к определению напря-
жений, возникающих в элементах изделия от
нагрузок.
Существует два основных метода расчета
конструкций: по допускаемым напряжениям и
по предельным состояниям.
При расчете конструкций по допускаемым
напряжениям условие прочности имеет вид
с < [ст], где о — напряжение в опасном сечении
элемента, [с] — допускаемое напряжение, ко-
торое составляет некоторую часть от предела
текучести стали:
»
где п — коэффициент запаса прочности.
44
chipmaker.ru
8. Примеры условного обозначения сварных швов
Наименование шва
Примеры обозначения
Стыковой односторонний на остающейся подкладке, со скосом двух
кромок, выполненный дуговой сваркой покрытыми электродами
Стыковой двусторонний с криволинейным скосом двух кромок, вы-
полненный дуговой сваркой покрытыми электродами
ГОСТ 5769-69-0/6
ГОСТ 5Z69-69-C/9
Стыковой двусторонний с двумя симметричными скосами двух кро-
мок, выполненный дуговой сваркой покрытыми электродами. Участки
перехода от шва к основному металлу дополнительно обработаны
Стыковой односторонний со скосом двух кромок замковый. Усиле-
ние шва снято механической обработкой
Шов углового соединения односторонний, без скоса кромок, выпол-
ненный дуговой сваркой покрытыми электродами на монтаже. Катет
шва 5 мм
Шов таврового соединения невидимый односторонний, выполнен-
ный по замкнутому контуру дуговой сваркой в углекислом газе плавя-
щимся электродом. Шов прерывистый с шахматным расположением
участков. Катет шва 6 мм, длина провариваемого участка 50 мм, шаг
150 мм
Шов таврового соединения двусторонний, без скоса кромок, выпол-
ненный полуавтоматической сваркой по незамкнутому контуру. Катет
шва 4 мм
Стыковой двусторонний с двумя симметричными скосами двух кро
мок, выполненный ручной дуговой сваркой. Обозначение упрошенное,
если стандарт указан в примечаниях чертежа
Упрощенное обозначение при наличии на чертеже одинаковых швов
и при указании обозначения у одного из них за № 1
То же в случае, если все швы на чертеже одинаковы и изображены с
одной стороны
ГОСТ 5ZB0-69-CZC i-a-L
ГОСТ 5264-69-94 К5
ГОСТ /477/-69-Т4-9П К <5
507/5(1
ГОСТ 5Z64-69-C/7 О
ГОСТ 5264-6/-Т/-П L4O
Коэффициент запаса прочности имеет раз-
личные значения в зависимости от ряда условий
(характера нагрузки, толщины листов, марки
стали и др.). Например, для обычных строи-
тельных конструкций, выполняемых из углеро-
дистой стали обыкновенного качества мар-
ки СтЗ, допускаемое напряжение составляет
[а] = 1600 кгс/см2; для пролетных строений же-
лезнодорожных мостов (для той же марки ста-
ли) [о] = 1400 кгс/см2. Так как предел текучести
стали СтЗ сгт =2400 кгс/см2, то коэффициент
запаса прочности для первого случая будет:
и, — 2т =2400. J 5; дЛЯ ВТорого случая:
° 1600
2400
ni 1400 =1,7. Для металлов, не обладаю-
щих выраженным пределом текучести, запас
прочности определяют из отношения предела
прочности разрыву <тп к допускаемому напря-
жению [о]. В этом случае коэффициент запаса
ст..
прочности обычно составляет п = = 3-4-4.
В случае действия осевых нагрузок напря-
жения вычисляют по формуле сг=~,
Г
где Р — осевое усилие, кгс; F — площадь по-
перечного сечения элемента, см .
Способ расчета по допускаемым напряже-
ниям прост. Однако определение допускаемых
напряжений [а] или коэффициента запаса проч-
ности п производится упрощенно, без точного
учета большого количества условий работы
конструкции.
Более точным методом расчета конструк-
ций, учитывающим условия работы, однород-
ность материала конструкции и др., является
метод расчета по предельным состояниям. Пер-
вый метод применяется в машиностроении,
45
chipmaker.ru
второй — при проектировании всех строитель-
ных конструкций.
При расчете конструкций по предельному
состоянию условие прочности записывается в
виде: < mR,
F
где N — расчетное усилие, кгс; F —площадь
сечения, см1 2 * 4 *; R —расчетное сопротивление ма-
териала, кгс/см2; т — коэффициент условий
работы, который учитывает степень ответст-
венности конструкции, возможность дополни-
тельных деформаций при эксплуатации, жест-
кость узлов.
Расчетные сопротивления металла стыковых
.швов R“ устанавливаются Стройтельными
нормами и правилами (СНиП) Госстроя СССР.
По этим нормам для стыковых швов, выпол-
ненных ручной и полуавтоматической сваркой
на стали СтЗ, расчетное сопротивление К" при
растяжении равно (при условии применения
обычных способов контроля швов — наружный -
осмотр и обмер швов) = 1800 кгс/см2;
при более сложных и точных способах контроля
(рентгено- и гаммаграфия, ультразвуковая и
магнитографическая дефектоскопия) — Л“=
— 2100 кгс/см2; при срезе — RCc =1300 кгс/см2.
V.
Рис. 43. Нагрузки на сварные швы:
.а — стыковой, 6.— угловой лобовой, в — угловой
фланговый
При выполнении указанными видами сварки
угловых швов на стали СтЗ при всех способах
контроля величина расчетного сопротивления
при растяжении, сжатии и срезе принимается
RyB =1500 кгс/см2.
Стыковые швы на прочность рассчитывают-
ся по формуле
/V = R™ 61,
где N — расчетная продольная сила, действую-
щая на соединение, кгс; RcB — расчетное со-
противление сварного стыкового соединения
растяжению или сжатию, кгс/см2; 8 — толщи-
на металла в расчетном сечении, см; I — длина
шва, см.
Максимальное усилие N для угловых лобо-
вых швов рассчитывают по формуле
N=O,7KIR‘\
где К — катет шва, см; / — длина шва, см;
RcB — расчетное сопротивление срезу, кгс/см2.
Коэффициент 0,7 показывает, что расчет
ведется из предположения разрушения шва по
гипотенузе прямоугольного треугольника (фор-
ма сечения углового шва).
Максимальное усилие N для угловых флан-
говых швов рассчитывается по формуле
N =2-0,7KlR".
Примеры 1. Определить расчетное усилие
в стыковом соединении, выполненном ручной свар-
кой с учетом обычных способов контроля, если
8 = 1 см, 1 = 20 см и =1800 кгс/см2 (рис. 43, о).
N = 1 -20-1800 = 36 000 кгс.
2. Определить расчетное усилие в стыковом со-
единении, выполненном ручной или полуавтомати-
ческой сваркой с учетом точных способов контроля,
если 6 = 1 см, I = 20 см, ^ = 1 • 20 • 2100 = 42 000 кгс.
3. Определить расчетное усилие в нахлесточном
соединении с лобовым швом, если К = 1 см, 1 = 20 см
(рис. 43, б). N = 0,7 • 1 • 20 • 1500 = 21 0Q0 кгс.
4. Определить расчетное усилие в нахлесточ-
ном соединении с двумя фланговыми швами, если
К = 1 см, I = 10 см (рис. 43, в). N = 2 -0,7 • 1 • 10 1500 =
= 21 000 кгс.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные виды сварных соединений,
преимущества и недостатки каждого из них.
2. Как классифицируются сварные швы?
3,- Изобразите условные обозначения некоторых
швов сварных соединений.
4. По каким формулам рассчитывают сварные швы
на прочность?
chipmaker.ru
ГЛАВА
VIII
ТЕХНИКА РУЧНОЙ ДУГОВОЙ
СВАРКИ
§ 30. Подготовка металла под сварку
Подготовка металла заключается в правке,
очистке, разметке, резке и сборке.
Правкой устраняют деформацию про-
катной стали. Листовой и сортовой металл пра-
вят в холодном состоянии на листоправйльных
и углоправйльных вальцах и прессах. Сильно
деформированный металл правят в горячем
состоянии.
Перенос размеров детали в натуральную ве-
личину с чертежа на металл называют раз-
меткой. При этом пользуются универсаль-
ным инструментом: рулеткой, линейкой, уголь-
ником и чертилкой. Проще и быстрее разметка
выполняется шаблоном, изготовляемым из тон-
кого металлического листа. При разметке за-
готовок учитывается укорачивание их в про-
цессе сварки конструкции. Поэтому предусмат-
ривается припуск из расчета I мм на каждый
поперечный стык и 0,1—0,2 мм на 1 пог. м про-
дольного шва.
При подготовке деталей к сварке применя-
ют преимущественно термическую (огневую)
резку. Механическую резку целесообразно
выполнять при заготовке однотипных деталей,
главным образом, с прямоугольным сечением.
Часто кислородную резку, особенно машин-
ную, сочетают со снятием фасок для стыковых
швов. После резки иногда проводят механиче-
скую обработку для удаления науглероженного
металла из зоны термического влияния.
§ 31. Сборка деталей под сварку
Трудоемкость сборки деталей под сварку
составляет около 30% от общей трудоемкости
изготовления изделия. Для уменьшения време-
ни сборки, а также для повышения ее точности
применяют различные приспособления.
Сборка под сварку можег выполняться сле-
дующими способами:
полная сборка изделия из всех входящих в
него деталей с последующей сваркой всех швов;
поочередное присоединение деталей к уже
сваренной части изделия — при невозможности
применения первого способа;
предварительная сборка узлов, из которых
состоит изделие, с последующей сборкой и
сваркой изделия из собранных узлов; этот спо-
соб наиболее рационален, он применяется при
изготовлении крупных и сложных конструкций
(суда, вагоны, мосты и пр.).
Для сборки и сварки колонн, балок, стоек
сложного сечения, а также листовых конструк-
ций из стали толщиной более 8 мм применяют
приспособления, допускающие некоторое пе-
ремещение элементов конструкции при усадке
металла швов.
Приспособления могут быть предназначены
только для сборки деталей под сварку или толь-
ко для сварки уже собранных деталей. Приме-
няют также и комбинированные сборочно-сва-
рочные приспособления.
Представление о конструкции сборочно-сва-
рочных приспособлений дает табл. 9.
Для сборки листовых конструкций удобны
электромагнитные стенды, которые фиксируют
положение кромок свариваемых листов (рис. 44).
На электромагнитных стендах может произво-
диться сборка й сварка листов толщиной до
15 мм. Недостаток подобного рода приспособ-
лений — отрицательное влияние магнитного
поля на сварочную дугу в процессе сварки.
При массовом изготовлении одинаковых
конструкций применяют специализированные
сборочные кондукторы с механизмами для за-
жатия деталей. В этих кондукторах произво-
дится сборка и прихватка деталей, затем изде-
лие освобождается из кондуктора и подается
на площадку или стенд для сварки.
Проверка точности сборки производится
шаблонами и щупами (рис. 45).
Рис. 44. Магнитный стенд:
1 — электромагниты, 2 — свариваемые листы
47
chipmaker.ru
9. Сборочно-сварочные приспособления
Приспособление Эскиз Область применения
Стяжки винтовые и ручные
для сближения кромок
Кольцо стяжное, с ручным
зажимом1 для сближения кро-
мок
1. Стяжные
Резьба Резьба
левая правая
Для сборки конструкций и деталей из лис-
товс о, полосового и профильного металла
Для сборки цилиндров обечаек, трубо-
проводов большого диаметра. Могут при-
меняться совместно с распорами
Хомут гибкий, с эксцентри-
ковым зажимом
Для сборки продольных швов цилиндров,
обечаек, сосудов; натяжное устройство мо-
жет быть в виде ленты, цепи и троса
Распорно-стяжное винтовое
устройство, ручное
Крюк с ломом, ручное уст-
ройство для сближения кромок
Зажим клиновой универсаль-
ный с планкой. Ручное устрой-
ство для закрепления центров-
ки изделия
II. Зажимы
Для сборки листовых конструкций ци-
линдрических и плоскостенных, резервуаров,
котлов, трубопроводов большого диаметра
Для монтажной сборки крупных листо-
вых конструкций
Для монтажной сборки листовых конст-
рукций, цилиндрических, плоскостных, ко-
нических, резервуаров, доменных печей и
кауперов
Скоба клиновая, ручная, из-
готовляется из толстого лис-
тового металла
Для сборки деталей из листового и про-
фильною металла
Скоба пружинная, ручная
Для сборки коротких обечаек, деталей из
профильного металла
48
chipmaker.ru
Продолжение
Приспособление
Эскиз
Область применения
Струбцина винтовая, откид-
ная
Для сборки деталей любых профилей
Зажим винтовой, поворот-
ный
Для сборки и крепления деталей при мас-
совом производстве
Угольники прихватные с
болтом
III. Прихваты
Для сборки крупных конструкций из лис-
тового материала
Скоба прихватная с ломи-
ком
Для конструкций, собираемых внахлестку
в монтажных условиях
Гребенка на прихватках
Шайбы прнхватные с план-
ками и клиньями
Для монтажа крупных листовых конст-
рукций
Универсальные приспособления для сбор-
ки листовых конструкций; применяются сов-
местно с клиновыми
49
chipmaker.ru
Продолжение
Приспособление Эскиз Область применения
Скоба упорная, винтовая
IV. Упоры
Для сборки деталей ограниченных раз-
меров машиностроительных конструкций
Упор винтовой, односторон-
ний
Для сборки профилей ферм и других кон-
струкций
Упор односторонний
Для сборки конструкций на постоянно
оборудованных сборочных местах
V. Распоры
Распор винтовой, ручной
Распор клиновой
Для сборки цилиндрических обечаек, цис-
терн и котлов
Для сборки деталей машиностроительных
конструкций
50
Рис. 45. Инструмент для проверки качества сборки:
а — угла раскрытия кромки, б — прямого угла, в —
смещения листов, г — зазора между листами при
сварке внахлестку, b — зазора при сварке втавр и
встык
Собранные узлы или детали соединяют при-
хватками. Сварочные прихватки
представляют собой короткие швы с попереч-
ным сечением до ’/3 поперечного’ сечения пол-
ного шва. Длина прихватки от 20 до 100 мм в
зависимости от толщины свариваемых листов
и длины шва; расстояние между прихватками в
зависимости от длины швов — 500—1000 мм.
Прихватки выполняют теми же электродами,
что и сварку изделия.
Прихватки препятствуют перемещению де-
талей, что может привести к трещинам в при-
хватках при охлаждении. Чем больше толщина
свариваемых листов, тем больше растягиваю-
щая усадочная сила в прихватках и больше воз-
можность образования трещин. Поэтому сбор-
ку на сварочных прихватках применяют для
конструкций из листов небольшой толщины
(до 6—8 мм). При значительной толщине лис-
тов необходимо обеспечить податливость де-
талей, например, осуществлять сборку на гре-
бенках (эластичные прихватки) и сборку изде-
лия с гибкими деталями (решетчатые фермы,
узлы судов с перегородками и др.).
§'32. Техника выполнения швов
Зажигание дуги. Существует два способа
зажигания дуги покрытыми электродами —
прямым отрывом и отрывом по кривой. Пер-
вый способ называют зажиганием впритык.
Второй напоминает движение при зажигании
спички и поэтому его называют, чирканьем.
Сварщики успешно используют оба способа
зажигания дуги, причем первый чаще применя-
ется при сварке в узких и неудобных местах.
Длина дугв. Немедленно после зажигания
дуги начинается плавление основного и элект-
родного металлов. На изделии образуется ван-
на расплавленного металла. Сварщик должен
поддерживать горение дуги так, чтобы ее длина
была постоянной. От правильно выбранной
длины дуги весьма сильно зависят производи-
тельность сварки и качество сварного шва.
Сварщик должен подавать электрод в дугу
со скоростью, равной скорости плавления элек-
трода. Умение поддерживать дугу постоянной
длины характеризует квалификацию сварщика.
Нормальной считают длину дуги, равную
0,5—1,1 диаметра стержня электрода (в зави-
симости от типа и марки электрода и положения
сварки в пространстве). Увеличение длины дуги
снижает устойчивое ее горение, глубину про-
плавления основного металла, повышает поте-
ри на угар и разбрызгивание электрода, вызы-
вает образование шва с неровной поверхностью
и усиливает вредное воздействие окружающей
атмосферы на расплавленный металл.
Положение электрода. Наклон электрода при
сварке зависит от положения сварки в простран-
стве, толщины и состава свариваемого, металла,
диаметра электрода, вида и толщины покрытия.
Направление сварки может быть слева на-
право, справа налеви, от себя и к себе (рис. 46, а).
Независимо от направления сварки положе-
ние электрода должно быть определенным: он
должен быть наклонен к оси шва так, чтобы ме-
талл свариваемого изделия проплавлялся иа
наибольшую глубину. Для получения плотного
и ровного шва при сварке в нижнем положении
на горизонтальной плоскости угол наклона
электрода должен быть 15° от вертикали в
сторону ведения шва (рис. 46, б).
Обычно дуга сохраняет направление оси
электрода; указанным наклоном электрода
сварщик добивается максимального проплав-
ления металла изделия. При этом улучшается
формирование шва, а также уменьшается ско-
рость охлаждения металла сварочной ваниы,
что предотвращает образование горячих тре-
щин в шве.
При шланговой полуавтоматической сварке
положение электродной проволоки аналогично
положению электрода при ручной сварке по-
крытыми электродами.
Угол наклона электрода при ручной сварке
51
chipmaker.ru
в нижнем, вертикальном, потолочном и гори-
зонтальном положениях приведен на рис. 46, б,
53, а—в, 54, а—в.
Колебательные движения электрода. Для по-
лучения валика нужной ширины производят
поперечные колебательные движения электро-
да. Если перемещать электрод только вдоль
оси шва без поперечных колебательных движе-
ний, то ширина валика определяется лишь си-
лой сварочного тока и скоростью сварки и со-
ставляет от 0,8 до 1,5 диаметра электрода.
Такие узкие (ниточные) валики применяют при
сварке тонких листов, при наложении первого
(корневого) слоя многослойного шва, при свар-
ке по способу опирания и в других случаях.
Чаще всего применяют швы шириной от
1,5 до 4 диаметров электрода, получаемые с
помощью поперечных колебательных движений
электрода.
Наиболее распространенные виды попереч-
ных колебательных движений электрода при
ручной сварке (рис. 47):
прямые по ломаной линии;
полумесяцем, обращенным концами к на-
плавленному шву;
полумесяцем, обращенным концами к на-
правлению сварки;
треугольниками;
петлеобразные с задержкой в определенных
местах.
Поперечные движения по ломаной линии
часто применяют для получения наплавочных
валиков, при сварке листов встык без скоса кро-
мок в нижнем положении и в тех случаях, когда
нет возможности прожога свариваемой детали.
Движения полумесяцем, обращенным кон-
цами к наплавленному шву, применяют для
стыковых швов со скосом кромок и для угловых
швов с катетом менее 6 мм, выполняемых в
любом положении электродами диаметрами
до 4 мм.
Движения треугольником неизбежны при
выполнении угловых швов с катетами шва
более 6 мм и стыковых со скосом кромок в лю-
бом пространственном положении. В этом слу-
чае достигается хороший провар корня и удов-
летворительное формирование шва.
Петлеобразные движения применяют в слу-
чаях, требующих большого прогрева металла
по краям шва, главным образом при сварке
листов из высоколегированных сталей. Эти ста-
ли обладают высокой текучестью и для удовлет-
ворительного формирования шва приходится
задерживать электрод на краях, с тем чтобы
предотвратить прожог в центре шва и вытека-
ние металла из сварочной ванны при вертикаль-
ной сварке. Петлеобразные движения можно с
успехом заменить движениями. полумесяцем с
задержкой дуги по краям шва.
Способы заполнения шва по длине н сечению.
Швы по длине выполняют напроход и обратно-
ступенчатым способом. Сущность способа свар-
ки напроход заключается в том, что шов вы-
полняется от начала до конца в одном направ-
лении.
Обратноступенчатый способ состоит в том,
52
chipmaker.ru
a) 5) В) г) д) е) м)
Рис. 47. Основные виды поперечных движений
конца электрода:
а, б, в, г — при обычных швах, д, е, ж — при швах
с усиленным прогревом кромок
что длинный шов делят на сравнительно ко-
роткие участки.
По способу заполнения швов по сечению
различают однослойные швы (рис. 48, а), мно-
гопроходные многослойные (рис. 48, б) и много-
слойные (рис. 48, в).
Если число слоев равно числу проходов, то
такой шсв называют многослойным. Если не-
которые из слоев выполняются за несколько
проходов, то такой шов называют многопро-
ходным.
Многослойные швы чаще применяют в сты-
ковых соединениях, многопроходные — в угло-
вых и тавровых.
Для более равномерного нагрева металла
шва по всей его длине швы выполняются спо-
собами двойного слоя, секциями, каскадом и
горкой, причем в основу всех этих способов
положен принцип обратноступенчатой сварки
(рис. 49).
Сущность способа двойного слоя заключа-
ется в том, что наложение второго слоя произ-
водится по неостывшему первому после удале-
ния сварочного шлака. Сварка на длине 200—
400 мм ведется в противоположных направле-
ниях Этим предотвращается появление горя-
чих трещин в шве при сварке металла толщиной
15—20 мм, обладающего значительной жест-
костью.
При толщине стальных листов 20—25 мм
и более для предотвращения трещины применя-
ют сварку каскадом или горкой. Заполнение
многослойного шва для сварки секциями и кас-
Декоротибный слой
Рис. 48. Сварные швы:
а — однослойный и однопроходной, б — многослой-
ный и многопроходной, в — многослойный
калом производится, как видно из рис. 49,
по всей свариваемой толщине на определенной
длине ступени. Длина ступени подбирается та-
кой, чтобы металл в корне шва имел темпера-
туру не менее 200°C в процессе выполнения шва
по всей толщине. В этом случае металл обла-
дает высокой пластичностью и трещин не обра-
зуется. Длина ступени при каскадной сварке
равна 200—400 мм, а при сварке секциями —
больше. Сварка горкой производится прохода-
ми по всей толщине металла. Способ сварки
выбирается в зависимости от химического со-
става и толщины металла, числа слоев и жест-
кости свариваемого изделия.
Многослойная сварка имеет перед одно-
слойной следующие преимущества:
1. Уменьшается объем сварочной ванны,
в результате чего скорость остывания металла
возрастает и размер зерен уменьшается.
2. Химический состав металла шва близок
к химическому составу наплавленного металла,
так как малая сила сварочного тока при много-
слойной сварке способствует расплавлению не-
значительного количества основного металла.
3. Каждый последующий слой шва терми-
чески обрабатывает металл предыдущего слоя
и околошовный металл имеет мелкозернистую
структуру с повышенной пластичностью и вяз-
костью.
Каждый слой шва должен иметь толщину
3—5 мм (при сварке низкоуглеродистой стали)
в зависимости от силы сварочного тока.
Рис. 49. Схемы заполнения многослойного шва с ма-
лым интервалом времени:
а — секциями, б — каскадом, в — горкой
53
chipmaker.ru
При сварочном токе 100 А дуга расплавляет
металл верхнего слоя на глубину около 1,5 мм,
а металл нижнего слоя (глубина более 1,5 мм)
нагревается от 1500 до 1100 °C и при быстром
охлаждении образует мелкозернистую литую
структуру.
При сварочном токе 200 А толщина слоя
может быть увеличена до 5 мм, а термическая
обработка нижнего слоя произойдет на глубине
около 2,5 мм.
Термическая обработка металла корневого
шва с получением мелкозернистой структуры
осуществляется нанесением подварочного вали-
ка, который выполняется электродом диамет-
ром 3 мм при сварочном токе 100 А. Перед на-
несением подварочного валика корень шва очи-
щают термической резкой или резцом. Подва-
рочный валик накладывается по длине напро-
ход.
Термическая обработка металла верхнего
слоя выполняется нанесением отжигающего
(декоративного) слоя. Толщина отжигающего
слоя должна быть минимальной (1—2 мм),
обеспечивающей высокую скорость остывания
и мелкозернистую структуру верхнего слоя.
Отжигающий слой выполняется электродами
диаметрами 5—6 мм при токе 200—300 А в за-
висимости от толщины листа.
Окончание шва. В конце шва нельзя сразу
обрывать дугу и оставлять на поверхности ме-
талла кратер. Кратер может вызвать появление
трещины в шве вследствие содержания в нем
примесей, прежде всего серы и фосфора. При
сварке низкоуглеродистой стали кратер запол-
няют электродным металлом или выводят его
в сторону на основной металл. При сварке ста-
ли, 'склонной к образованию закалочных микро-
структур, вывод кратера в сторону недопустим
вциду возможности образования трещины. Не
рекомендуется заваривать кратер за несколько
обрывов и зажиганий дуги ввиду образования
окисиых загрязнений металла. Лучшим спосо-
бом окончания шва будет заполнение кратера
металлом за счет прекращения поступательно-
го движения электрода вниз и медленного удли-
нения дуги до ее обрыва.
§ 33. Выбор режима сварки
Под режимом сварки понимают совокуп-
ность показателей, определяющих характер про-
текания процесса сварки. Эти показатели влия-
ют на количество тепла, вводимого в изделие
при сварке: К основным показателям режима
сварки относятся: диаметр электрода или сва-
рочной проволоки, сила сварочного тока, на-
пряжение на дуге и скорость сварки. Дополни-
тельные показатели режима сварки: род и по-
лярность тока, тип и марка покрытия электро-
да, угол наклона электрода, температура пред-
варительного нагрева металла.
Выбор режима ручной дуговой сварки часто
сводится к определению диаметра электрода и
силы сварочного тока. Скорость сварки и на-
пряжение на дуге устанавливаются самим свар-
щиком в зависимости от вида сварного соеди-
нения, марки стали, марки электрода, положе-
ния шва в пространстве и т. д.
Диаметр электрода выбирается в зависимо-
сти от толщины свариваемого металла, вида
сварного соединения, типа шва и др. При сварке
встык листов толщиной до 4 мм в нижнем по-
ложении диаметр электрода берется равным
толщине свариваемой стали. При сварке стали
большей толщины применяют электроды диа-
метром 4—6 мм при условии обеспечения пол-
ной возможности провара металла соединяе-
мых деталей и правильного формирования шва.
Применение электродов диаметром более 6 мм
ограничивается вследствие большой массы элек-
трода и электрододержателя. Кроме того, проч-
ность сварных соединений, выполненных элек-
тродами больших диаметров, снижается за счет
возможного непровара в корне шва и большой
столбчатой макроструктуры металла шва.
В многослойных стыковых и угловых швах
первый слой или проход выполняется электро-
дом диаметром 2—4 мм; последующие слои и
проходы выполняются электродом большего
диаметра в зависимости от толщины металла
и формы скоса кромок.
В многослойных швах сварка первого слоя
электродом малого диаметра рекомендуется
для лучшего провара корня соединения. Это от-
носится как к стыковым, так и угловым швам.
Сварка в вертикальном положении выпол-
няется обычно электродами диаметром не бо-
лее 4 мм, реже — 5 мм; электроды диаметром
6 мм могут применяться только сварщиками вы-
сокой квалификации.
Потолочные швы, как правило, выполняют-
ся электродами не более 4 мм.
Силу сварочного тока выбирают в зависи-
мости от диаметра электрода. Для выбора силы
тока можно пользоваться простой зависимо-
стью: I = Kd, где К =35—60 А/мм и d — диа-
метр электрода в мм. Относительно малый сва-
54
chipmaker.ru
рочный ток ведет к неустойчивому горению
дуги, непровару и малой производительности.
Чрезмерно большой ток ведет к сильному на-
греву электрода при сварке, увеличению ско-
рости плавления электрода и непровару, повы-
шенному разбрызгиванию электродного мате-
риала и ухудшению формирования шва. На ве-
личину коэффициента К влияет состав электрод-
ного покрытия: для газообразующих покры-
тий К берется меньше, чем для шлакообразую-
щих покрытий; например, для электродов с же-
лезным порошком в покрытии (АНО-1, ОЗС-З)
сварочный ток на 30—40% больше, чем для
электродов с обычными покрытиями.
При сварке вертикальных и горизонтальных
швов ток должен быть уменьшен против при-
нятого для сварки в нижнем положении пример-
но на 5—10%, а для потолочных — на 10—15%,
с тем чтобы жидкий металл не вытекал из сва-
рочной ванны.
Влияние показателей режима сварки на раз-
меры и форму шва. Сварной шов характеризу-
ется шириной шва Ь, глубиной провара hn,
высотой выпуклости (усиления) hB, а также
коэффициентом формы провара V — -у- и ко-
эффициентом выпуклости шва Угловой шов
А®
измеряется катетом (см. рис. 40).
Числовыми коэффициентами формы и вы-
пуклости шва задаются при проектировании
сварных изделий. Например, коэффициент фор-
мы провара при ручной дуговой сварке может
быть принят от 1 до 20.
Уменьшение диаметра электрода при по-
стоянном сварочном токе повышает плотность
тока в электроде и глубину провара, что объяс-
няется увеличенным давлением дуги. С умень-
шением диаметра электрода ширина шва умень-
шается за счет уменьшения катодного и анодно-
го пятен. С изменением силы тока меняется
глубина провара. Под влиянием давления дуги,
которое увеличивается с возрастанием тока,
расплавленный металл вытесняется из-под ос-
нования дуги (рис. 50), что может привести к
сквозному проплавлению.
Направление давления дуги можно изменять
наклоном электрода или изделия и тем самым
достигать различной глубины провара при од-
ном и том же токе.
Повышение напряжения-дуги за счет увели-
чения ее длины приводит к снижению сварочно-
го тока, а следовательно, и к снижению глуби-
ны провара. Ширина шва при этом повышается
независимо от полярности сварки.
Рис. S0. Схема сил взаимодействия между дугой и
жидкостью в хвосте сварочной ванны:
Рд — давление дуги
С увеличением скорости ручной сварки глу-
бина провара й ширина шва понижаются.
§ 34. Наплавка валиков
Наплавка валиков производится для восста-
новления изношенного металла деталей меха-
низмов и машин. Получение ровной наплавлен-
ной поверхности достигается, когда один валик
перекрывается другим на величину 0,3—0,5 его
ширины. Для наплавки уширенных валиков
применяют поперечные колебательные движе-
ния электрода.
Нормальной считается ширина валика, рав-
ная 3—4 диаметрам электрода. Наложение ва-
ликов рекомендуется производить слева напра-
во или на себя. В этих случаях сваршик четко
видит место дуги, ее длину, перенос электрод-
ных капель и формирования валика. Наплавка
валиков производится электродами больших
диаметров (6—12 мм) при больших токах
(250—500 А и более).
§ 35. Сварка в нижнем положении
Сварка стыковых швов. Односторонние сты-
ковые швы без скоса кромок выполняют покры-
тыми электродами диаметром, равным толщи-
не свариваемых листов, если она не превышает
4 мм. Сила тока подбирается в зависимости от
диаметра электрода, вида и толщины покрытия
55
chipmaker.ru
10. Ориентировочные режимы сварки соединений встык без скоса кромок
Толщина металла, мм Шов Зазор, мм Диаметр электрода, мм Среднее значение силы тока, А
нижнее положение шва вертикальное и потолочное положение шва
3 4 Односторонний 1,0 3 4 180 160
5—6 Двусторонний 1,0—1,5 4—5 180—260 160—230
7—8 То же 1,5—2,0 5 260 230
10 » 2,0 6 330 290
Примечание. Максимальные значения силы тока должны уточняться по данным паспорта электродов.
(табл. 10). Листы без скоса кромок толщиной
от 4 до 10 мм сваривают двусторонним швом.
Положение и поперечные движения электрода
при сварке приведены на рис. 51.
Стыковые соединения со скосом двух кромок
(V-образные) в зависимости от толщины метал-
ла выполняют однослойными, многослойными
или многопроходными швами (см. рис. 48).
Оптимальный угол раскрытия шва опреде-
ляется следующими соображениями. Большой
угол разделки (80—90°) обеспечивает большие
удобства сварщику, уменьшает опасность не-
провара корня, но увеличивает объем наплав-
ленного металла, следовательно, уменьшает
производительность и увеличивает деформации
изделия. Для нормального процесса ручной ду-
Рнс. 51. Положение (о) и движения электрода (6) при
сварке стыковых швов со скосом кромок
говой сварки принят угол разделки 60° Он мо-
жет быть увеличен на 65° для тонких листов и
уменьшен до 55° для листов толщиной более
15 мм.
Зазор между стыкуемыми элементами и
притупление кромок составляет от 1,5 до 4,0 мм
в зависимости от толщины листов, режима
сварки и характера свариваемой конструкции.
Наиболее трудным при сварке является по-
лучение полного (надежного) провара корня
шва. Здесь чаще всего бывают различные де-
фекты, например непровар, газовые и шлаковые
включения. Поэтому, если это возможно, сле-
дует подваривать корень шва с обратной сто-
роны.
Металл толщиной от 4 до 8 мм проварива-
ется однослойным (однопроходным) швом. Од-
нослойные швы с V-образным скосом кромок
выполняют поперечными колебательными дви-
жениями электрода в виде треугольников без
задержки в корне шва (листы толщиной 4 мм)
и с задержкой в корне шва (толщиной 8 мм,
рис. 51).
Листы толщиной 12 мм и более соединяются
встык с двумя симметричными скосами двух
кромок (с Х-образным скосом кромок) много-
слойным или многопроходным швом. Много-
слойный шов выполняется быстрее многопро-
ходного. Выбор многослойного или многопро-
ходного шва зависит от химического состава
и толщины свариваемой стали.
Многопроходной шов выполняется тонкими
и узкими валиками, без поперечных колебатель-
ных движений электрода. Сварку рекоменду-
ется выполнять электродами, предназначен-
ными для опирания. В этом случае применяют
электроды диаметром от 1,6 до 3 мм (редко
4 мм). Весь многопроходной шов может вы-
полняться электродами одного и того же диа-
метра (см. гл. XX).
56
chipmaker.ru
11. Ориентировочные режимы сварки V-образных стыковых многослойных швов
Толщина металла, мм Зазор, мм Число слоев, кроме подва- рочного и декора- тивного Диаметр электрода, мм Среднее значение тока, А
первый слой последую- щие слои Положение шва
нижнее вертикальное горизонтальное
10 1,5—2,0 2 4 5 180—260 160—220 150—210
12 2,0—2,5 3 4 5 180—260 160—220 150—210
14 2,5-3,0 4 4 5 180—260 160—220 150—210
16 3,0—3,5 5 4 5 180—260 160—220 150—210
18 3,5—4,0 6 5 6 220—320 200—300 180—280
Примечание. Максимальные значения силы тока должны уточняться по данным паспорта электродов.
Каждый слой многослойного шва имеет
увеличенное в несколько раз сечение по сравне-
нию с сечением каждого валика при многопро-
ходной сварке; поэтому многослойный шов
обеспечивает повышенную производительность.
Режимы дуговой сварки покрытыми элект-
родами нижних V-образных стыковых много-
слойных швов даны в табл. 11.
Иногда для обеспечения провара по всей
толщине металла сварка ведется на медной под-
кладке толщиной 4—6 мм. В этом случае сва-
рочный ток можно повысить на 20—30%, не опа-
саясь сквозного проплавления. Если конструк-
ция и назначение сварного изделия допускают
сквозное проплавление, сварка может вестись
на остающейся стальной подкладке.
В особо ответственных конструкциях перед
подваркой шва с обратной стороны его пред-
варительно зачищают резаком для поверхност-
ной резки или резцом для удаления возможных
дефектов (непровара, трещин, газовых и шла-
ковых включений).
Стыковые Х-образные швы применяют
для стали толщиной от 12 до 40 мм. Подго-
товка кромок, угол скоса, величина зазора и
притупления, техника выполнения швов при
этом такие же, как и при сварке листов с V-об-
разной разделкой. Чтобы достаточно прогре-
вался и отжигался металл каждого нижележа-
щего слоя, толщина слоев должна быть не более
4—5 мм и не менее 2 мм. Например, для выпол-
нения Х-образных швов при сварке листов тол-
щиной 12 мм нужно положить 4—6 слоев, а для
толщины 40 мм — 10—16 слоев (отжигающий
и декоративный слои не учитываются).
Стыковые швы листов большой толщины
(более 20 мм) целесообразно сваривать с кри-
волинейным скосом двух кромок. Такая под-
готовка позволяет применять электроды повы-
шенного диаметра, обеспечивает надежный про-
вар и равномерную усадку металла шва.
Швы с двусторонним симметричным скосом
двух кромок (Х-образные) имеют следующие
преимушества перед швами с односторонним
скосом двух кромок (V-образные):
1. Уменьшение объема наплавленного ме-
талла в 1,6—1,7 раза и, следовательно, увели-
чение производительности сварки.
2. Уменьшение деформаций от сварки.
3. Возможный непровар в корне шва рас-
положен в нейтральном сечении и поэтому ме-
нее опасен.
Для уменьшения коробления сварного из-
делия рекомендуется выполнять швы попере-
менно с одной и с другой стороны листа. При
сварке в нижнем положении для этого требуется
частая кантовка изделия. Поэтому целесообраз-
но устанавливать изделие вертикально и сва-
ривать его одновременно с двух сторон. Работу
в этом случае выполняют два сварщика.
Сварка угловых швов. При выполнении уг-
ловых швов наклонным электродом (рис. 52, а)
жидкий металл под действием силы тяже< ти
стремится стекать на нижнюю плоскость. По-
этому выполнение этих швов лучше произво-
дить «в лодочку» (рис. 52, б), в частности элек-
тродами, которые позволяют вести сварку- опи-
ранием покрытия на свариваемые кромки из-
делия.
Сварка «в лодочку» угловых швов для лис-
тов толщиной до 14 мм возможна без скоса
кромок (двусторонняя сварка) или с частичной
разделкой кромок и увеличенным размером
притупления. Зазор между свариваемыми эле-
57
chipmaker.ru
12. Режимы сварки угловых швов «в лодочку»
с опиранием электрода
Толщина свариваемых листов, мм Катет шва, мм Диаметр, электрода мм Сила тока, А
4—6 5 5 250—300
6—8 6 6 300—350
10—14 8 8 480—560
Примечание. Максимальные значения силы
тока должны уточняться по данным паспорта электро-
дов.
ментами не должен превышать 10% толщины
листа.
Режимы сварки «в лодочку» с опиранием
электрода даны в табл. 12.
Однако не всегда можно установить сварное
изделие для сварки «в лодочку»; тогда угловые
швы выполняют наклонным электродом. В этом
случае возможен непровар корня шва и кромки
нижнего листа.. Тщательный прогрев кромок
свариваемых частей достигается правильным
движением электрода, который следует держать
под углом 45° к поверхности листов и произво-
дить поперечные движения треугольником без
задержек или с задержками в корне шва. В про-
цессе сварки электрод следует наклонять-то к
одной, то к другой плоскости листов.
Угловые швы в нижнем положении с кате-
тами до 10 мм выполняют сваркой в один слой
электродами диаметром до 5 мм, иногда без
поперечных движений.
Угловые швы без скоса кромок с катетами
более 10 мм могут выполняться в один слой,
но с поперечными движениями электрода тре-
угольником, причем лучший провар корня шва
обеспечивается задержкой электрода в корне
шва (см. рис. 52).
Рис. 52. Положение н движения электрода при свар-
ке угловых швов:
а — наклонным электродом, б — «в лодочку»
Угловые швы с односторонним или двусто-
ронним скосом кромок применяют при изго-
товлении особо ответственных изделий.
Скос кромок у стенки тавра делают под
углом 50 ±5°. При толщине стенки до 4 мм
шов со скосом кромки выполняют в один слой;
при большей .толщине сварка ведется в несколь-
ко слоев и проходов. При выполнении много-
слойных тавровых швов наклонным электро-
дом швы обычно получаются с неравными ка-
тетами на полке и стенке. Поэтому при проек-
тировании сварных изделий допускаются угло-
вые швы с неравными катетами.
Примерные режимы сварки тавровых со-
единений со скосом кромок даны в табл. 13.
§ 36. Выполнение вертикальных,
горизонтальных и потолочных швов
Вертикальные швы (стыковые и угловые)
выполняют в направлении снизу вверх. Предва-
рительно подготавливается сваркой металли-
ческая горизонтальная площадка сечением, рав-
ным сечению наплавленного металла шва. Пло-
щадка создается поперечными движениями
электрода треугольником (рис. 53). Провар в
корне шва обеспечивается задержкой горения
дуги в этом месте-при движении электрода тре-
угольником. Наиоольший провар корня шва
достигают, когда электрод перпендикулярен
вертикальной оси. Стекание расплавленного
металла предотвращают наклоном электрода
13. Примерные режимы ручной дуговой сварки
угловых швов со скосом кромок
Тол-
щина
иетрл
ла,
мм
Диа-
метр
Вид шва
Число
слоев
или проЬлектро
ходов —
Ток, А
да, мм
6
8
12
20
120—160
160—220
160—220
160—300
160—320
10 2—4 4—6 160—320
20 4—8 4—6 160—360
40 8—16 4—6 160—360
60 16—30 5—6 220—360
80 30—40 5—6 220—360
58
chipmaker.ru
6)
Рис. 53. Положение н движении электрода при сварке в вертикальном положении:
а — стыковые швы со скосом кромок, б — угловые швы, в — сварка в направлении сверху
вниз
вниз, как показано пунктиром на рис. 53, а, 6.
Сварка вертикальных швов электродами
больших диаметров и при большой силе тока
затруднительна из-за стекания металла и не-
удовлетворительного формирования шва. По-
этому применяют электроды диаметром до
4 мм, редко 5 мм, а сварочный ток понижают
по сравнению со сваркой в нижнем положении.
Вертикальная сварка в направлении сверху
вниз (рис. 53, в) возможна электродами, даю-
щими слой шлака. Металл в сварочной ванне
затвердевает быстрее и стекания его практиче-
ски не происходит. Для вертикальной сварки
сверху вниз применяют электроды с целлюлоз-
ным, пластмассовым покрытием органического
вида (ОЗС-9, АНО-9, ВСЦ-2, ВСЦ-3 и др.).
Производительность сварки сверху вниз выше
производительности сварки снизу вверх. Вер-
тикальные швы также удобно выполнять элек-
тродами с опиранием покрытия на свариваемые
кромки.
Горизонтальные и потолочные швы выпол-
нять сложнее, чем вертикальные (рис. 54). При
выполнении горизонтальных швов на верхнем
листе часто образуются подрезы, а при сварке
в потолочном положении затруднен полный
провар корня шва. В обоих случаях сварка долж-
на производиться короткой дугой с достаточно
быстрыми 'колебательными движениями. Ме-
талл толщиной более 8 мм сваривают многопро-
ходными швами. Первый валик в корне гори-
зонтального шва наносится электродом диа-
метром 4 мм, а последующие — диаметром
5 мм. Первый валик в корне потолочного шва
выполняется электродом диаметром 3 мм, а
последующие — диаметром не более 4 мм. Ва-
лики горизонтального и потолочного швов
удобно выполнять электродами с опиранием
покрытия. При выполнении потолочных швов
газы, выделяющиеся при сварке покрытыми
электродами, поднимаются вверх и могут оста-
ваться в шве. Поэтому для сварки в потолоч-
ном положении следует пользоваться хорошо
просушенными электродами, дающими неболь-
шой шлак.
§ 37. Сварка тонколистовой стали
При сварке стали толщиной 3 мм и меньше
необходимо вводить в изделие строго одинако-
вое количество тепла на единицу длины шва
(погонная энергия сварки <уп), с тем чтобы по
всей длине шва была одинаковая глубина про-
вара металла. Швы накладываются электро-
дом диаметром 1 —3 мм без поперечных коле-
бательных движений. Продольные движения
электрода по оси шва доцжны производиться
с одинаковой скоростью.
Для соединения тонких металлов заслужива-
ет широкого внедрения микроплцзменная сварг
ка импульсной дугой в защитном инертном газе.
59
chipmaker.ru
Рис. 54. Положение и движения электрода при сварке в горвзонтальном и потолочном положенинх:
° — горизонтальный угловой шов, б — наплавка в потолочном положении, в — потолочный стыковой
шов
Ею сваривают листы толщиной 0,1—2 мм. Для
микроплазменной сварки институт им. Е. О. Па-
тона разработал специальный источник свароч-
ного тока типа А-1347 (см. гл. XXI).
Тонкую сталь можно сваривать также уголь-
ным электродом на постоянном токе с прямой
полярностью по отбортовке кромок на режиме:
диаметр угольного электрода — 6—10 мм, сила
тока — 120—160 А, скорость сварки — 50—
70 м/ч.
§ 38. Сварка электрозаклепками
Точечные швы в сварном соединении, вы-
полненные сварочной дугой плавящимся или
неплавящимся электродом, называют электро-
заклепками (рис. 55).
Сварка электрозаклепками получила широ-
кое применение в промышленности благодаря
высокой производительности и удобству в сбор-
ке крупногабаритных конструкций, например
обшивка пассажирских вагонов.
Сварка электрозаклепками применяется для
соединения тонколистовой обшивки с рамами
из профильного проката, где из-за крупных
размеров конструкции затруднено применение
контактной точечной сварки; для образования
соединений из пакета элементов; для приварки
шпилек.
Сварка электрозаклепками обычно осуще-
ствляется плавящимся стальным электродом
под слоем флюса (разработана С. А. Егоровым).
Сварка выполняется с проплавлением верх-
ней детали сварочной дугой или через отвер-
стие, предварительно подготовленное сверле-
нием или прокалыванием. Экономично приме-
нять сварку металла электрозаклепками без
отверстия в верхнем элементе.
Возможно осуществление сварки электро-
заклепками стальным электродом пол флюсом
с проплавлением верхнего листа толщиной до
12 мм. без предварительного сверления отвер-
стия в нем. Это достигается применением силы
сварочного тока в 4500—5000 А и электродной
проволоки диаметром 14—16 мм.
Однако сварка элементов толщиной более
2 мм без прокола отверстия большей частью
непелесообразна, так как применение больших
Рис. 55. Соединения электрозаклепками:
а — без отверстия в верхнем листе, б — с предвари-
тельно пробитым элементом, в — сварка двух лис-
тов с профильным элементом, г — угловое соеди-
нение
60
chipmaker.ru
сварочных токов и электродов больших диа-
метров приводит к образованию чрезмерно
крупной головки электрозаклепки при малом
диаметре ее стержня.
Необходимость сверлить или прокалывать
отверстия в верхнем элементе толщиной боль-
ше 2 мм ограничивает область применения
электрозаклепочных швов.
Сварка электрозаклепками неплавящимся
электродом, позволяет получать швы без уси-
ления и с большей глубиной проплавления ме-
талла, чем сварка плавящимся электродом.
Неплавящимся графитированным электродом
можно сваривать листы толщиной каждый 6 мм
и более постоянным током 400—700 А. В каче-
стве электродного материала рекомендуется
графитированная масса марки А Московского
электродного завода. Защитой металла шва при
сварке могут служить флюс или различные за-
щитные газы.
§ 39. Сварка под водой
Впервые в мире дуговую сварку под водой
предложил и разработал К. К. Хренов (1932 г.).
Сварка под водой производится плавящи-
мися штучными электродами, порошковой про-
волокой, а также и неплавящимся электродом.
Для питания дуги используют постоянный или
переменный ток. Напряжение дуги, горящей
под водой, на 6—7 В больше, чем на воздухе.
Для сварки применяют электроды с водонепро-
ницаемыми покрытиями.
Институт электросварки им. Е. О. Патона
разработал специальную порошковую прово-
локу для шланговой полуавтоматической свар-
ки под водой.
Если швы, выполненные штучными электро-
дами, имеют пористость, низкую пластичность
и вязкость металла, объясняемую влиянием
водорода, то при сварке порошковой проволо-
кой плотность и прочность швов отвечает тре-
бованиям, предъявляемым к сварке ответст-
венных изделий.
Техника сварки под водой штучными элек-
тродами и порошковой проволокой аналогична
сварке на воздухе. Сила тока для сварки выби-
рается на 10—25% выше, чем для работы на
воздухе.
Сварку под водой можно производить на
глубине до 50 м. При большей глубине работа
почти невозможна, так как сварщик не может
находиться под водой длительное время.
Сварка под водой широко используется для
ремонта подводной части судов, прокладки
трубопроводов, строительства оснований неф-
тяных вышек и других работ.
Наиболее перспективными видами подвод-
ной сварки и резки являются дуговая полуавто-
матическая шланговая, плазменно-дуговая и
электроннолучевая.
Контрольные вопросы
1. Назовите способы сборки деталей изделия перед
сваркой.
2. Когда применяют зажигание дуги прямым отры-
вом и отрывом по кривой?
3. Чем обусловлен выбор схемы колебательных
движений концом электрода?
4. Каковы преимущества обратно-ступенчатой свар-
ки перед сваркой напроход?
5. Как выбирают число слоев и проходов при вы-
полнении шва?
6. Что такое режим дуговой сваркв?
7. Для чего и как выполняют наплавку валиков?
8. Как выполняется сварка покрытыми электрода-
ми тонколистовой стали?
9. В чем заключается сущность сварки электроза-
клепками, ее применение?
chipmaker.ru
ГЛАВА IX
МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТУРА
ДЛЯ ГАЗОВОЙ СВАРКИ
И РЕЗКИ
Chipmaker.ru
§ 40. Газы, присадочная проволока
и флюсы для газовой сварки
Кислород. Высокая температура газового
пламени достигается сжиганием горючего газа
или паров жидкости в кислороде.
Кислород в чистом виде при температуре
20сС и атмосферном давлении представляет
собой прозрачный газ без цвета, запаха и вкуса,
несколько тяжелее воздуха. Масса 1 м3 кисло-
рода при 20°С и атмосферном давлении равна
1,33 кг. Кислород сжижается при нормальном
давлении и температуре —182,9°С. Жидкий
кислород прозрачен и имеет голубоватый цвет.
Масса 1 л жидкого кислорода равна 1,14 кг;
при испарении 1 л кислорода образуется 860 л
газа.
Кислород получают разложением воды элек-
трическим током или глубоким охлаждением
атмосферного воздуха.
Технический кислород выпускается по
ГОСТ 5583—68 трех сортов: 1-го сорта, содер-
жащего не менее 99,7% чистого кислорода,
2-го сорта — не менее 99,5% и 3-го сорта — не
менее 99,2% (по объему). Остаток составляют
азот и аргон.
Чистота кислорода имеет большое значение,
особенно для кислородной резки. Снижение
чистоты кислорода ухудшает качество обра-
ботки металлов и повышает его расход.
Сжатый кислород, соприкасаясь с маслами
или жирами, окисляет их с большими скорос-
тями, в результате чего они самовоспламеня-
ются или взрываются. Поэтому баллоны с кис-
лородом необходимо предохранять от загряз-
нения маслами.
Горючие газы. К горючим газам относятся
прежде всего ацетилен, пропан, природный газ
и другие (табл. 14); используются также пары
керосина.
Ацетилен чаще других горючих применяется
для сварки и резки; он дает наиболее высокую
температуру пламени при сгорании в кислоро-
де (3050—3150°С). Без ущерба качества и про-
изводительности резки ацетилен заменяется
другими горючими — пропаном, метаном, па-
рами керосина и др. Технический ацетилен
(С2Н2) бесцветен, за счет содержащихся в нем
примесей обладает резким неприятным запа-
хом, в 1,1 раза легче воздуха, растворяется в
жидкостях.
Ацетилен взрывоопасен; находясь под дав-
лением 1,5—2 ат, взрывается от электрической
14. Характеристика горючих газов и жидкостей для сварки и резки
Наименование горючего Температура пламени при сгорании в кислороде, °C Масса 1 м3 горючего при 20°C и давлении 760 мм рт. ст., кг Коэффициент замены ацетилена Количество кислорода, подава- емого а горелку на 1 м3 горючего, м3
Газы* •
ацетилен 3050— 3150 1,09 1,0 1,0—1,3
водород 2000—2100 0,084 5,2 0,3—0,4
пиролизный 2300 0,65—0,85 1,6 1,2—1,5
нефтяной 2300 0,65—1,45 1,2 1,5—1,6
пропан технический 2400—2500 1,90 0,6 3,4—3,8
природный 2100—2200 0,7—6,9 1,6—1,8 1,5—2
коксовый 2000 0,4—0,5 3,2-4,0 0,6—0,8
сланцевый 2000 0,7—0,9 4,0 0,7
Пары керосина 2400—2450 800—840* 1,0—1,3 1,7—2,4 на 1 кг
Пары бензина 2500—2600 700—760* 1,4 1,1—1,4 на 1 кг
* Для керосина и бензина приведена масса 1 м3 жидкости.
62
chipmaker.ru
искры или огня, а также при быстром нагреве
выше 200°C. При температуре выше 530°C
происходит взрывчатое разложение ацетилена.
Смеси ацетилена с кислородом или возду-
хом при очень малом содержании ацетилена
способны при атмосферном давлении взрывать-
ся. Поэтому сварщикам необходимо соблюдать
обязательные правила эксплуатации газовой
аппаратуры. Самовоспламенение смеси чисто-
го ацетилена с кислородом, выходящей из сопла
газовой горелки, происходит при температуре
428°С.
В промышленности ацетилен получают тре-
мя способами: разложением карбида кальция
(СаС2) водой, термоокислительным пиролизом
(разложением) нагретого природного газа в
смеси с кислородом, разложением жидких угле-
водородов (нефти, керосина) электрической ду-
гой. Для сварки и резки ацетилен получают из
карбида кальция. Технический карбид загряз-
нен вредными примесями, которые переходят
в ацетилен в виде сероводорода, аммиака, фос-
фористого и кремнистого водорода. Они ухуд-
шают качество сварки и должны удаляться из
ацетилена промывкой водой и химической
очисткой.
Газы-заменители ацетилена. Пропан-бутано-
вая смесь представляет собой смесь пропана
с 5—30% бутана и иногда называется техниче-
ским пропаном. Ее получают при добыче при-
родных газов и при переработке нефти. Темпе-
ратура пропан-кислородного пламени низка и
достигает 2400°C; поэтому использовать его
можно лишь для сварки стали толщиной не бо-
лее 3 мм; при большей толщине невозможно
хорошо прогреть металл соединения, чтобы
получить надежный провар.
Низкотемпературное пламя целесообразно
применять при резке, нагреве деталей для прав-
ки, для огневой очистки поверхности металла,
а также для сварки легкоплавких металлов.
Пропан-кислородная сварка стальных листов
толщиной до 3 мм по качеству не уступает аце-
тилено-кислородной сварке. Во всех этих слу-
чаях пропан можно заменить ацетиленом.
Для сварочных работ пропан-бутановая
смесь доставляется потребителю в сжиженном
состоянии. Переход смеси из жидкого состоя-
ния в газообразное происходит самопроизволь-
но в верхней части баллона из-за меньшего
удельного веса газа по сравнению с сжиженной
смесью.
Технический пропан тяжелее воздуха и имеет
неприятный специфический запах.
Природный газ. Природный газ состоит в
основном из метана (77—98%) и небольших
количеств бутана, пропана и др. Газ почти не
имеет запаха, поэтому для обнаружения его
утечки в него добавляют специальные резко
пахнущие вещества.
Метап-кислородлое пламя имеет темпера-
туру 2100—2200°С. Она ниже пропан-кислород-
ного пламени, поэтому природный газ можно
применять в ограниченных случаях, главным об-
разом для термической резки.
Прочие газы и горючие жидкости. Для обра-
зования газового пламени в качестве горючего
можно использовать и другие газы (водород,
коксовый, нефтяной газы), горючие жидкости
(керосин, бензин).
Жидкие горючие менее дефицитны, но тре-
буют специальной тары по сравнению с тазо-
образными. Для сварочных работ и резки горю-
чая жидкость преобразуется в пары нагревом
наконечника горелки или резака. Температура
керосино-кислородного пламени 2400—2450°С,
бензино-кислородного — 2500—2600°C. Пары
жидких горючих можно употреблять в основ-
ном для резки и поверхностной обработки ме- >
таллов*.
Характеристика горючих газов, применяе-
мых для сварки и резки, приведена в табл. 14.
Карбцд кальция (СаС2) представляет собой
твердое вещество темно-серого или коричневого
цвета, удельная плотность его 2,26—2,4 г/см3.
Карбид кальция получают в электрических пе-
чах сплавлением извести и кокса по реакции
СаО + ЗС - СаС2 + СО — Q.
В техническом карбиде кальция содержится
до 90% чистого карбида, остальное — примесь
извести. После остывания, дробления и сорти-
ровки карбид кальция упаковывают по 100—
130 кг в герметические барабаны из кровельной
стали или оборотную тару — бидоны вмести-
мостью 80 и 120 кг, которые после использова-
ния карбида возвращают на карбидный завод.
Получение ацетилена из карбида кальция
происходит по реакции:
СаС2 + 2Н2О - С2Н2 + Са(ОН)2 + Q.
Теоретически для разложения 1 кг СаС2
надо затратить 0,562 кг воды, при этом полу-
чается 0,406 кг (372,5 л) ацетилена и 1,156 кг
гашеной извести Са(ОН)2. Реакция происходит
* Запрещается употреблять для сварки и резки
этилдроваиный бензин из-за его токсичности.
63
chipmaker.ru
с выделением тепла (около 475 ккал/кг карбида
кальция). Чтобы предотвратить нагревание аце-
тилена. которое может вызвать взрывчатый
его распад, практически расходуется воды от 5
до 15 л в зависимости от конструкции ацетиле-
новых генераторов, в которых получают аце-
тилен.
Карбид кальция жадно поглощает пары во-
ды из воздуха с выделением ацетилена.
По ГОСТ 1460—76 карбид кальция выпус-
кается в кусках следующих размеров (грануля-
ции): 2 х 8; 8 х 15; 15 х 25; 25 х 80 мм. Чем круп-
нее куски карбида кальция, тем больше выход
ацетилена.
С учетом примесей, содержащихся в карбиде
кальция, и различной грануляции практически
выход апетилена из карбида кальция в среднем
составляет от 250 до 280 л на 1 кг СаС2.
Иногда в карбидном барабане скапливается
много пылевидного карбида кальция*. Карбид-
ной пылью можно пользоваться лишь в гене-
раторах особой конструкции. Применять пыле-
видный карбид кальция в генераторах, пред-
назначенных для работы с карбидом каль-
ция крупной грануляции, нельзя во избежание
взрыва.
Сварочная проволока для га-
зовой сварки по химическому составу
должна быть такой же, как и металл сваривае-
мого изделия. Марки сварочной проволоки при-
меняют те же и по тому же ГОСТ 2246—70,
что и для дуговой сварки. Диаметр проволо-
ки (<inp) устанавливают в зависимости от тол-
щины свариваемой стали и вида сварки. Обычно
принимают «Л,р = 8/2, где 8 — толщина свари-
ваемого металла в мм. При толщине металла
более 16 мм применяют прутки диаметром
8 мм. Для сварки алюминия, меди и их сплавов
берут проволоку того же состава, что и свари-
ваемый металл. Однако лучшие результаты
дает при сварке меди применение проволоки,
содержащей раскислители — фосфор, марганец
и кремний — до 0,2% каждого. Для сварки алю-
миния и его сплавов также целесообразно при-
менять проволоку с кремнием и марганцем.
Флюсы применяют для удаления из ме-
талла шва неметаллических включений, попа-
дающих в сварочную ванну, для защиты от
окисления кромок свариваемого металла и сва-
рочной проволоки. Флюс растворяет неметал-
лические включения и окислы, образуя отно-
* Куски карбида кальция размерами менее
2 мм считаются карбидной пылью.
сительно легкоплавкую с малой удельной плот-
ностью механическую смесь, которая легко
поднимается в сварочный шлак. Флюсы вво-
дятся в сварочную ванну в виде порошков или
паст.
При сварке низкоуглеродистых сталей флю-
сы не употребл.потся, так как образующиеся в
этом случае легкоплавкие окислы железа сво-
бодно выходят на поверхность шва.
С флюсами выполняется сварка цветных ме-
таллов, чугунов и некоторых высоколегирован-
ных сталей. Составы этих флюсов приведены
при описании технологии сварки соответствую-
щих металлов.
§ 41. Ацетиленовые генераторы.
Водяные затворы
Ацетиленовым генератором
называют аппарат, предназначенный для по-
лучения ацетилена из карбида кальция с по-
мощью воды.
Рис. 56. Схемы ацетиленовых генераторов:
а — «карбид в воду», б — «вода на карбид», в —
«сухого разложения», г — «вытеснения», д — ком-
бинированная система «вода на карбид» и «вытес-
нения»; 1 — бункер или барабан с карбидом каль-
ция, 2 — реторта, 3 — система подачи воды, 4 —
газосборник, 5 — спуск ила, 6 — отбор газа
64
chipmaker.ru
Генераторы подразделяются: по давлению
получаемого ацетилена — низкого давления до
0,1 кгс/см2 и среднего давления от 0,1 до
0,7 кгс/см2 и от 0,7 до 1,5 кгс/см2;
по производительности и по установке —
передвижные, производительностью до 3 м3/ч,
и стационарные, производительностью от 3
до 320 м3/ч.
По способу взаимодействия карбида каль-
ция с водой: «карбид в в эд у» (КВ), «вода на
карбид» (ВК), «вытеснения воды» (ВВ), комби-
нированные — «вода на карбид» и «вытесне-
ния» (ВК и ВВ).
Схема ацетиленовых генераторов различ-
ных систем представлена на рис. 56.
Переносные ацетиленовые генераторы. В на-
стоящее время выпускается значительное коли-
чество ацетиленовых генераторов, отличающих-
ся конструкцией отдельных узлов; их можно
свести к двум типам: генератор низкого давле-
ния системы ВК 'и ВВ и среднего давления
системы ВВ.
К первому типу относится генератор
АНВ-1,25-68 (и конструктивно отличающийея
от него АНВ-1,25-73), ко второму—АСМ-1,25-3.
Устройство и работа ацетиленовых генерато-
ров. Генератор АНВ-1,25-68 (рис. 57) имеет
производительность 1,25 м3/ч и рабочее дав-
ление 0,025—0,030 кгс/см2. Максимальное дав-
ление равно 0,1 кгс/см2 (1000 мм вод. ст.).
Основными узлами генератора являются
корпус 1, реторта (газообразователь) 12, газо-
сборник 2, вытеснитель 4, водяной затвор 5,
осушитель 8. Корпус 1 разделен перегород-
кой 3 на две части, нижнюю, в которой нахо-
дится газосборник 2, и верхнюю, в которую за-
ливается вода, необходимая для работы гене-
ратора. Верхняя и нижняя части корпуса соеди-
няются циркуляционной трубой 11.
Генератор заполняется -водой до отмеченно-
го шайбой 9 уровня. Перед заполнением гене-
ратора водой перекрывают кран 10 и снимают
трубку 6, чтобы удалить воздух из газосбор-
ника.
В реторту 12 устанавливается корзина 13,
загруженная на 2/3 ее объема карбидом кальция
кусками 25 х 80; затем репорта герметически
закрывается крышкой. При открытии водяного
крана 10 вода из нижней части корпуса посту-
пает в реторту 12. Корзина имеет наклонное
положение для того, чтобы контакт воды с кар-
бидом кальция происходил постепенно. Обра-
зующийся в реторте ацетилен проходит по
трубке 11 и собирается в газосборнике 2, откуда
через осушитель 8 и водяной затвор 5 по шлан-
/У
Рис. 57. Ацетиленовый генератор низкого давлевдя
АНВ-1,25-68
гу 7 идет в горелку. Вода в реторту поступает
до тех пор, пока уровень воды в нижней части
корпуса будет выше водяного крана 10. Вода из
газосборника вытесняется давлением образую-
щегося ацетилена и по циркуляционной тру-
бе 14 перемещается в верхнюю часть корпуса,
причем часть активной воды из реторты вытес-
няется ацетиленом в конус ‘(вытеснитель) 4, что
замедляет газообразование в реторте и автома-
тически регулирует скорость образования аце-
тилена в зависимости от скорости отбора его
потребителем газа (горелкой).
Давление ацетилена в газосборнике равно
разности уровней воды в верхней и нижней
частях корпуса.
По мере расхождения газа давление пони-
жается, уровень воды в газосборнике вновь
65
chipmaker.ru
поднимается до крана 10 и вода снова начинает
поступать в реторту. Таким образом, водяной
кран и вытеснитель автоматически регулируют
количество воды, поступающей в реторту.
Генератор АНВ-1,25-6" не замерзает при
работе зимой, так как его водоподающая си-
стема находится внутри корпуса и нагревается
теплом от разложения карбида кальция.
Осушитель 6 при работе летом загружается
кусками кокса размером 10—25 мм, а зимой —
в нижней половине — коксом, в верхней — кар-
бидом кальция.
Генератор не реже одного раза в месяц про-
мывают водой.
Генератор среднего давления АСМ-1,25-3
(предназначенный главным образом для мон-
тажных и ремонтных работ) схематично пока-
зан на рис. 58.
Генератор состоит из корпуса, разделенного
на две части: верхнюю — газообразователь 4
и нижнюю — промыватель У; обе части соеди-
нены трубой 10 с надетым на нее стаканом 9.
В газообразователе смонтирована шахта; про-
странство между корпусом и шахтой образует
воздушную подушку для вытеснения в нее воды
при работе генератора. Ацетилен отводится
через предохранительный клапан 3 по шлангу 2
в водяной затвор 11. Корзина 5 с карбидом
кальция, закрепленная на крышке б, вставляется
через горловину в верхней части корпуса. Вода
забивается в генератор через горловину; когда
уровень воды поднимется до верхнего края
трубки 10, вода начнет переливаться в промы-
Baf ель. Вода в прот тызателе должна находиться
на уровне контрольного крана 12.
После продувки генератора (удаления воз-
духа из корпуса) он' герметически закрывается
крышкой б при помощи винта 8 и рычага 7.
После продувки ацетилен не может попасть в
воздушную подушку, за исключением случаев
наклонного положения генератора при работе
или качании и тряски заряженного генератора.
Количество выделяющегося ацетилена авто-
матически регулируется вытеснением воды из
шахты в пространство между шахтой и корпу-
сом и обратным поступлением в шахту под
давлением воздушной подушки.
Ил из газообразователя сливают через шту-
цер 14, а воду из промывателя — через шту-
цер 13.
Масса генератора без воды и карбида каль-
ция равна 16 кг.
Давление ацетилена в генераторе: рабочее —
0,1—0,7 кгс/смг, максимальное — 1,5 кгс/см2,
производительность—1,25 м3/ч.
К <3
Рис. 58. Ацетиленовый генератор среднего давления
АСМ-1,25-3
Выпускается генератор АСВ-1,25-72. рабо-
тающий по тому же принципу и отличающийся
конструкцией, а также количеством одновре-
менно загружаемого карбида кальция, что уве-
личивает время работы между перезарядками.
Назначение клапана и водяного затвора со-
стоит в том, чтобы при обратном ударе ацети-
лено-кислородного пламени не допускать про-
никновения пламени в генератор. В этом гене-
раторе защита от обратного удара пламени
двойная: она осуществляется водяным затво-
ром и обратным клапаном. Их устройство и
работа показаны ниже.
Предохранительные затворы. При работе с
газовым пламенем могут возникать обратные
удары, т. е. проникновение взрывной волны и
пламени в трубопроводы и шланги, подво-
дящие горючие газы. Иногда удар происхо-
дит с большой скоростью и может проникнуть
в ацетиленовый генератор, что приведет к егб
взрыву.
Предохранительный затвор препятствует по-
паданию в генератор пламени при обратном
ударе.
66
chipmaker.ru
Предохранительные затворы делятся на
сухие и жидкостные. Наибольшее распростра-
нение получили жидкостные (главным образом
водяные) предохранительные затворы. Они бы-
вают открытого типа (для генератора низкого
давления) и закрытого типа (для генераторов
среднего давления).
Действие водяных затворов открытого и
закрытого типов основано на том, что взрывная
волна и пламя, движущиеся навстречу потоку
горючего газа, выводятся в атмосферу или га-
сятся внутри затвора.
Предохранительный затвор открытого типа
представлен схемой на рис. 59. Перед работой
в затвор через воронку 5 наливается вода до
уровня контрольного крана 7. По газоподводя-
щей трубке 2 ацетилен проходит вниз, выходит
через отверстие, рассекается диском 8, прохо-
дит через слой воды и выходит из ниппеля 6.
При обратном ударе взрывная волна попадает
из ниппеля б в газовое пространство затвора,
Рис. 59. Водяной затвор низкого давления открытого
типа
давит на воду и вместе с частью воды уходит в
атмосферу через зазор между газоподводя-
щей 2 и предохранительной 3 трубами.
В трубу 2 взрывная волна проникнуть не
может, так как она заполняется водой, а взрыв-
ная волна беспрепятственно проходит в атмо-
сферу, как только освободится от воды нижний
конец предохранительной, трубы 3. Для того
чтобы нижний конец предохранительной тру-
бы 3 при обратном ударе быстрее освобождался
от воды, необходим слой воды h. Поэтому за-
твор и заполняется водой до уровня контроль-
ного крана; Днище 1 привернуто к корпусу 4,
чтобы можно было периодически чистить за-
твор.
Предохранительный водяной затвор закры-
того типа представлен схемой на рис. 60.
Затвор через наливной штуцер 2 за’ ивают
водой до уровня контрольного крана 3. При, нор-
мальной работе ацетила! проходит по трубке <5
через обратный клапан 5, приподнимая шарик,
в корпус 7 через слой воды и через ниппель 1
к сварочной горелке.
При обратном ударе взрывная волна давит
на воду, обратный клапан 5 закрывается и пре-
Рис. 60. Схема водяного затвора среднего давления
закрытого типа:
а — нормальная работа, ' — обратный удар
67
chipmaker.ru
граждйет доступ воде и взрывной волне в газо-
подводящую трубку б. Одновременно взрывная
волна гасится, проходя узкий зазор между стен-
кой корпуса затвора и диском-отражателем 8.
После каждого обратного удара надо про-
верять уровень воды в затворе и в случае надоб-
ности доливать его водой.
Слив воды из затвора производится через
штуцер 4.
Для газов-заменителей ацетилена применя-
ются водяные затворы только закрытого типа
или обратные предохранительные клапаны. Об-
ратные клапаны устанавливаются после редук-
тора у газового баллона или непосредственно
в сети перед горелкой при разводке газа по сва-
рочным постам трубопроводами.
Применяются обратные клапаны трех типов,
различные по конструкции: с разрывной мемб-
раной при выбросе горючей смеси в атмосферу;
• с выбросом горючей смеси (безмембранные);
обеспечивающие подачу пламегасящего газа
(воздуха или азота) при обратном ударе пламе-
ни и одновременное, преграждение подачи газов
к горелке.
Последний тип защиты от обратных ударов
наиболее совершенен, но сложнее по конструк-
ции.
На рис. 61 приведена схема шлангового об-
ратного клапана с выбросом горючей смеси в
атмосферу, который устанавливается у газопод-
водящих штуцеров горелки (резака). В корпу-
се 1 размещен пористый металлический фильтр 4
и выпускной клапан 5 с несгораемым уплотните-
лем 6. Клапан присоединяется к штуцеру горел-
ки с помощью накидной гайки 8 и ниппеля 7.
При нормальной работе газ поступает в направ-
лении стрелки А. При обратном ударе газовая
смесь движется по стрелке Б, часть ее выбрасы-
вается через клапан 5, пламя гасится в фильт-
ре 4, а дисковый клапан 2 перекрывает доступ
газов в рукав между дисковым клапаном 2 и
пористым металлическим фильтром 4; для жест-
кости поставлена медная сетка 3.
Рис. 61. Шланговый обратный клапан
§ 42. Баллоны для сжатых газов
Баллоны различаются по вместимости, кон-
структивным особенностям, окраске. Наиболее
распространены баллоны вместимостью 40 дм3.
Кислородный баллон окрашивается в голу-
бой цвет, ацетиленовый— в белый, баллон для
аргона — в cepi тй, для углекислого газа и воз-
духа в черный, водорода — в темно-зеленый,
для прочих горючих газов — в красный цвет.
Нд верхней сферической части баллона ос-
тавляют неокрашенным место, на котором вы-
бивает паспортные данные баллона: товарный
знак Завода-изготовителя, номер баллона, мас-
са порожнего баллона, дата изготовления, год
следующего испытания, рабочее и испытатель-
ное Давление, емкость, клеймо ОТК. Испыта-
ния Проводят через каждые пять лет эксплуа-
тации.
Кислород наполняется в баллоны до давле-
ния 150 ат. Определить количество кислорода
в переводе на атмосферное давление можно
умножением емкости баллона на давление газа
в нем (по показанию манометра). Баллон ем-
костью 40 дм3 при давлении газа 150 ат содер-
жит Кислорода 40x150 = 6000 дм3, или 6 м3.
Полностью выпускать кислород из баллона
нельзя, так как на заводе, где наполняют балло-
ны кислородом, бывает, необходимость про-
верки состава газа, находившегося в баллоне.
Ацетиленовые баллоны заполнены пористой
массой (древесный уголь, пемза, инфузорная
земля и др.), образующей микрообласти, не-
обходимые для безопасного хранения ацетилена
под давлением. Микрообласти заполняются
ацетоном, растворяющим ацетилен. Один объ-
ем ацетона растворяет при нормальной темпе-
ратуре и давлении 23 объема ацетилена. Давле-
ние Растворенного ацетилена в наполненном
баллоне не должно превышать 19 кгс/см2 при
20°С.
При отборе ацетилена из баллона частично
уносится ацетон. Для уменьшения потерь аце-
тона Нельзя отбирать ацетилен из баллона со
скоростью более 1700 дм3/ч. Остаточное дав-
ление должно быть 0,5—1,0 кгс/см2; при тем-
пературе от 25 до 35°C — 3 кгс/см2.
Ацетиленовые баллоны при работе всегда
должны находиться в вертикальном положе-
нии.
Баллоны для сжиженных газов (пропана)
изготовляют сварными из углеродистой стали
СтЗ вместимостью 27, 50, 80 дм3 с толщиной
68
chipmaker.ru
стенки 3 мм. Предельное рабочее давление в
баллоне с пропаном не должно превышать
16 кгс/см2. Баллон наполняется с таким расче-
том, чтобы над жидкостью была паровая по-
душка для заполнения ее расширившимся сжи-
женным газом при повышении температуры.
Коэффициент наполнения пропанового баллона
составляет 452 кгс/дм3. Отсюда можно опреде-
лить, что, например, в пропановый баллон ем-
костью 50 дм3 заливается 21,3 кг жидкого
пропана.
Баллонные вентили. Назначение и принцип
действия всех баллонных вентилей одинаковы.
Вентиль — это запорное устройство, которое
позволяет сохранить в баллоне сжатый или сжи-
женный газ. Каждый вентиль имеет шпиндель,
который перемещается при вращении махович-
ка, открывая или закрывая клапан. Хвостовик
вентиля имеет коническую резьбу.
Вентиль кислородного баллона изготовля-
ется из латуни, обладающей коррозионной
стойкостью при работе в среде кислорода. Ре-
дуктор присоединяется к вентилю накидной
гайкой с правой резьбой. Кислородный вентиль
не должен быть загрязнен, особенно жирами и
маслами. Кислородные вентили пригодны для
баллонов с азотом, аргоном, сжатым воздухом
и углекислотой.
. Ацетиленовый вентиль изготовляется из ста-
ли, так как медные сплавы с содержанием бо-
лее 70% меди при длительном соприкосновении
с ацетиленом образуют взрывчатое соедине-
ние — ацетиленистую медь. Ацетиленовый ре-
дуктор присоединяется к вентилю хомутом,
а открывание и закрывание вентиля выполня-
ется специальным торцовым ключом.
Вентиль для пропане юго баллона по конст-
рукции подобен кислородному, но в отличие от
него редуктор присоединяется накидной гайкой
с левой резьбой.
Вентили имеют различную резьбу хвосто-
виков, что исключает возможность установки
на баллон tee соответствующего ему вентиля.
§ 43 Редукторы для сжатых газов.
Рукава (шланги)
Редуктор служит для понижения давления
газа с баллонного (или сетевого) до рабочего и
автоматического поддержания рабочего давле-
ния постоянной величины независимо от дав-
ления газа в баллоне или сети.
Принцип действия все? редукторов одина-
ков (рис. 62). Редуктор имеет два камеры: вы-
сокого давления 2 и низкого давления 6. KdJ|e-
ра 2 непосредственно сообщается с баллоном и
давление газа в ней равно давлению газа в бал-
лоне. Между первой и второй камерами нахо-
дится клапан 1, на который действуют пружи-
ны 3 и 8. Газ, проходя через клапан 1, преодоле-
вает большое сопротивление и теряет давление.
В зависимости от соотношения усилий сжатия
этих пружин клапан будет закрыт (усилие пру-
жины 3 больше усилия пружины 8) или открыт
(усилие пружины 8 больше усилия пружины 3).
Чем больше сжата пружина 8, тем больше от-
крыт клапан 1 и тем выше давление в камере 6.
Регулирование усилия сжатия пружины 8 до-
стигается вращением винта 9. Ввертывание
винта 9 сжимает пружину 8, вывертывание вин-
та уменьшает усилие сжатия пружины. Чтобы
закрыть клапан 1, надо полностью ослабить
пружину 8. Камера 6 сообщается через газовый
вентиль 5 с горелкой и давление газа в горелке
равно давлению в камере 6. Редуктор имеет
предохранительный клапан 4.
Давление в обеих камерах измеряется мано-
метрами.
Если при каком-то положении винта 9 рас-
ход и поступление газа в редуктор равны, то
рабочее давление остается постоянным и мем-
брана 7 находится в одном положении. Если
количество газа, отбираемого из редуктора,
больше количества газа, поступающего в него,
то давление в камере 6 понизится. При этом
нажимная пружина 8 начнет удлиняться и будет
деформировать мембрану 7; клапан 1 откроет-
ся, в результате чего поступление газа в каме-
ру б увеличится. Уменьшение расхода газа в
процессе работы вызовет повышение давления
в камере б редуктора, усилие, действующее на
мембрану 7, возрастает, она изогнется в проти-
воположную сторону и сожмет пружину 8.
Клапан 1 будет закрываться и поступление
газа уменьшится. Таким образом мембрана
обеспечивает автоматическое поддержание дав-
ления.
Редукторы классифицируются по принципу
действия (прямого и обратного действия), про-
пускной способности, рабочему давлению газа
и роду газа. ’
Кроме рассмотренного выше одноступен-
чатого (однокамерного) редуктора выпускают-
ся двухступенчатые редукторы (двухкамерные),
в которых снижение давления газа достигается
за две ступени: например, в кислородном ре-
дукторе — с 150 до 50 ат и с 50 ат до рабочего
давления.
69
chipmaker.ru
Рис. 62. Схема устройства в работы редуктора:
а — нерабочее положение редуктора, б — рабочее положение
Двухступенчатые редукторы более точно
поддерживают заданное давление, не замерза-
ют при низких температурах и не нуждаются в
частой регулировке рабочего давления газа в
процессе эксплуатации; однако конструкция их
значительно сложнее.
Ацетиленовый редуктор по принципу дей-
ствия подобен кислородному. Отличие состоит
в способе присоединения к вентилю баллона.
Этим же отличаются и редукторы для других
горючих газов.
Корпус редуктора окрашивается в тот же
цвет, что и баллон: кислородный — в голубой,
ацетиленовый — в белый, пропановый — в крас-
ный.
Промышленность выпускает баллонные кис-
лородные редукторы ДКП-1-65 (одноступенча-
тый) (рис. 63, в), двухступенчатые ДКД-8-65 и
ДКД-15-65; баллонные ацетиленовые редукто-
ры ДАП-1-65 (рис. 63, б),. двухступенчатый
ДАД-1-65, водородный ДВП-1-65 и пропан-бу-
тановый ДПП-1-65.
На сварочных постах питаемых от газопро-
вода, устанавливаются сетевые редукторы: кис-
лородный ДКС-1-66, ацетиленовый ДАС-1-66,
про,пановый ДПС-1-66 и метановый ДМС-1-66.
Для централизованного Питания газами при-
меняют центральные (рамповые) редукторы
кислородные ДКР-250 и ДКР-500, рассчитан-
ные на максимальную пропускную способность
газа соответственно до 250 и 500 м3/ч при рабо-
чем давлении 3—16 кгс/см2; ацетиленовый
ДАР-1-64 с пропускной способностью до 15 м3/ч
и пропан-бутановый ДПР-1-64 с пропускной
способностью до 25 м3/ч.
Для аргона выпускаются редукторы АР-10,
АР-40 и АР-150.
Обращение с редукторами. Перед присоеди-
нением редуктора к вентилю баллона необхо-
димо продуть отверстие вентиля баллона, от
крыв вентиль на 1 —2 с. При этом сварщик дол-
жен стоять в стороне от выходящей струи газа.
На штуцере, прокладке и резьбе накидной гайки
редуктора не должно быть грязи и масла.
Редуктор присоединяется при вывернутом
регулировочном винте.
Накидная гайка редуктора навертывается
на ниппель вентиля от руки и затем затягива-
ется без большого усилия гаечным ключом.
Открывая вентиль баллона, надо следить за
показаниями манометра высокого давления.
Необходимо отрегулировать винтом редуктора
70
chipmaker.ru
Рис. 63. Баллонные редукторы:
а — кислородный ДКП-1-65, б — ацетиленовый
ДАП-1-65
рабочее давление газа и после этого пускать газ
в горелку.
При перерывах в работе необходимо закры-
вать вентиль баллона, ослаблять регулировоч-
ный винт редуктора и выпускать из камеры
низкого давления газ.
При эксплуатации редуктора необходимо:
работать только с исправными манометрами;
плавно вращать регулирующий винт редуктора
при установлении рабочего давления газа; сле-
дить за исправностью предохранительного кла-
пана редуктора; при замерзании редуктора
отогревать его горячей водой без следов масла;
ремонтировать редукторы только в специаль-
ных мастерских.
Замерзание редуктора происходит при рез-
ком снижении давления газа. Если газ содержит
пары воды, то они могут образовать кристаллы
льда, которые заполняют каналы редуктора.
От этого нарушается работа редуктор^'. Опас-
ность замерзания редуктора тем значительне
чем больше перепад давления, влажность газа
и ниже температура окружающего воздуха.
Рукава (шланги). Рукава служат для подвода
газа к горелке или резаку. Они изготовляются
из резины с одной или двумя тканевыми про-
слойками. Согласно ГОСТ 9356—75 выпуска-
ются рукава трех типов: I — для ацетилена й
газов-заменителей (пропан и др.); II — для жид-
ких горючих (из бензостойкой резины); III —
для кислорода. Рукава изготовляются с внут-
ренними диаметрами 6, 9, 12 и 16 мм. Для горе>
лок с низкой мощностью пламени применяются
рукава с внутренним диаметром 6 мм.
Рукава должны иметь окраску наружного
слоя: кислородные — синюю, ацетиленовые —
красную, для жидкого горючего — желтую.
Для работы при низких температурах (ниже
—35°С) применяют некрашеные рукава из мо-
розостойкой резины. Длина рукава берегся
не более 20 м и Не менее 4,5 м; длина стыкуемых
участков должна быть не менее 3 м; при монтаж-
ных работах допускается длина до 40 м. Креп-
ление рукавов на ниппелях горелок и между со-
бой осуществляется специальными хомутами
или мягкой отожженной проволокой.
Рукава выпускаются на рабочее давление:
типы I и II — до 6 ат, тип III — до 15 ат.
Манометры. Манометр служит для измере-
ния давления газа и состоит из трубчатой.пру-
жины, согнутой по дуге. Внутренняя полость
трубки соединяется ниппелем, ввернутым в
корпус редуктора, с камерой, в которой нахо-
дится газ. Второй свободный конец трубки
имеет наконечник, механически соединенный со
стрелкой. При изменении давления меняется
величина деформации трубчатой пружины, а
вместе с ней и отклонение стрелки.
Показания манометров должны строго со-
ответствовать давлению газа. Неисправный ма-
нометр следует заменять; редуктор с неисправ-
ным манометром к эксплуатации не допуска-
ется.
§ 44. Сварочные горелки
Горелки разделяются на инжекторные и
безынжекторные, однопламенные и многопла-
менные, для газообразных горючих (ацетиле-
новые и др.) и жидких (пары керосина). Наиболь-
шее применение имеют инжекторные горелки,
работающие на смеси ацетилена с кислородом.
Схема и принцип работы инжекторной го-
релки. Горелка состоит из двух основных час-
тей — ствола и наконечника (рис. 64). Ствол
имеет кислородный 1 и ацетиленовый 16 нип-
пели с трубками 3 и 15, рукоятку 2, корпус 4
С кислородным 5 и ацетиленовым 14 вентилями.
С правой стороны горелки (если смотреть по
71
chipmaker.ru
Рис. 64. Устройство инжекторной горелки:
1, 16 — кислородный и ацетиленовый ниппели, 2 — рукоятка, 3, 15 — кислородная и ацетиленовая трубки,
4 — корпус, 5, 14 — кислородный и ацетиленовый вентили, 6 — ниппель наконечника, 7 — мундштук,
8 — мундштук для пропан-бутан-кислородной смеси, 9 — штуцер, 10 — подогреватель, 11 — трубка горю-
чей смеси, 12 — смесительная камера, 13 — инжектор; а, б — диаметры выходного канала инжектора сме-
сительной камеры, в — размер зазора между инжектором и смесительной камерой, г — боковые отверстия
в штуцере 9 для нагрева смеси, д — диаметр отверстия мундштука
направлению течения газов) находится кисло-
родный вентиль 5, а с левой стороны — ацети-
леновый вентиль 14. Вентили служат для пуска,
регулирования расхода и прекращения подачи
газа при гашении пламени. Наконечник, со-
стоящий из инжектора 13, смесительной каме-
ры 12 и мундштука 7, присоединяется к корпусу
ствола горелки накидной гайкой.
Инжектор 13 представляет собой цилиндри-
ческую деталь с центральным каналом малого
диаметра — для кислорода и периферийными,
радиально расположенными каналами —- для
ацетилена. Инжектор ввертывается в смеси-
тельную камеру наконечника и находится в
собранной горелке между смесительной каме-
рой и газоподводящими каналами корпуса го-
релки. Его назначение состоит в том, чтобы,
кислородной струей создавать разреженное со-
стояние и засасывать ацетилен поступающий
под давлением не ниже 0,01 кгс/см2. Разрежение
за инжектором достигается благодаря высокой
скорости (порядка 300 м/с) кислородной струи.
Давление кислорода, поступающего через вен-
тиль 5, составляет от 0,5 до 4 кгс/см2.
Инжекторное устройство показано на
рис. 65.
В смесительной камере кислород перемеши-
вается с ацетиленом и смесь поступает в канал
мундштука. Горючая смесь, выходящая Из
мундштука со скоростью 100—140 м/с, при за-
жигании горит, образуя ацетилено-кислород-
ное пламя с температурой до 3150°С.
В комплект горелки входит несколько номе-
ров наконечников. Для каждого номера нако-
нечника установлены размеры каналов инжек-
тора и размеры мундштука. В соответствии с
этим изменяется расход кислорода и ацетилена
при сварке.
Конструкция пропан-бутан-кислородных го-
релок отличается от ацетилено-кислородных
горелок тем, что перед мундштуком имеется
устройство 10 (рис. 64) для подогрева пропан-
бутан-кислородной смеси. Дополнительный на-
грев необходим для повышения температуры
цламени. Обычный мундштук заменяется мунд-
штуком измененной конструкции.
Техническая характеристика инжекторных
гор нмс. В настоящее время промышленность
выпускает сварочные горелки средней мощно-
сти — «Звезда», ГС-3 и малой мощности —
«Звездочка» и ГС-2. В эксплуатации находятся
также горелки «Москва» и «Малютка», выпус-
кавшиеся до 1971 г.
Горелки «Москва», «Звезда» и ГС-3 пред-
назначены для ручной ацетилено-кислородной
сварки стали толщиной 0,5—30 мм.
В комплект горелки средней мощности вхо-
дит ствол и семь наконечников, присоединяемых
72
chipmaker.ru
Рис. 65. Разрез инжекторного устройства:
1 — смесительная камера, 2 — инжектор, 3 — кор-
пус горелки
к стволу горелки накидной гайкой (табл. 15).
Обязательный комплект включает наконечни-
ки № 3, 4 и 6, чаше всего необходимые при вы-
полнении сварочных работ, остальные нако-
нечники поставляются по требованию потре-
бителя. Горелки «Звездочка», ГС-2 и «Малют-
ка» поставляются с наконечниками № 0, 1, 2, 3.
В горелках «Звезда», ГС-3, «Звездочка» мунд-
штуки изготовляются из бронзы Бр.Х 0,5, ме-
талла более стойкого, чем медь М3, применяв-
шаяся для изготовления мундштуков горелок
«Москва» и «Малютка». По этой причине срок
службы выпускаемых горелок повышен по срав-
нению с выпускавшимися ранее.
Горелки типа ГС-3 работают с рукавами
диаметром 9 мм. Горелки малой мощности
«Малютка», «Звездочка» и ГС-2 предназначе-
ны для сварки сталей толщиной 0.2—4 мм.
Горелки ГС-2 работают с резиновыми рукава-
ми диаметром 6 мм.
Для пропан-бутан-кислородной смеси про-
мышленность выпускает горелки типов
ГЗУ-2-62-1 и ГЗУ-2-62-П; первая предназна-
чена для сварки стали толщиной от 0,5 до 7 мм,
вторая — для подогрева металла. Для пламен-
ной очистки поверхности металла от ржавчи-
ны, старой краски и т. д. выпускается ацетилено-
кислородная горелка ГАО (горелка ацетилено-
вая, очистка). Ширина поверхности, обрабаты-
ваемой горелкой за один проход, составляет
100 мм.
Для закалки металла выпускаются наконеч-
ники НАЗ-58 к стволу горелки ГС-3.
Сварку и другие виды обработки металлов
пропан-бутан-кислородным пламенем можно
производить горелкой ГЗМ-2-62М с четырьмя
наконечниками.
15. Техническая характеристика горелок малой и средней мощности
Параметры Номер наконечника
0 1 2 3 4 5 6 7
Толщина сва- риваемой низко- углеродистой стали, мм 0,3—0,6 0,5—1,5 1,0—2,5 2,5—4 4-7 7—11 10—18 17—30
Расход, л/ч: ацетилена 25—60 50—125 120—240 230—430 400—700 660—1100 1030—1750 1700—2800
кислорода 28—70 55—135 130—260 250—440 430—750 740—1200 1150—1950 1900—3100
Давление на входе в горелку, кгс/см2: кислорода 0,8—4 1,5—4 2—4 2 2 4 2 4 2
ацетилена Диаметр от- верстий, мм: инжектора 0,18 0,25 0,35 не ниже 0,45 0,01 0,6 0,75 0,95 1,2
мундштука 0,6 0,85 1,15 1,5 1.9 2,3 2.8 3,5
Скорость исте- чения смеси из мундштука, м/с 40—135 50—130 65—135 75—135 80—140 90—150 100—160 110—170
73
chipmaker.ru
Нарушение работы инжекторного устрой-
ства приводит к обратным ударам пламени и
снижению запаса ацетилена в горючей смеси.
Запас ацетилена представляет собой увеличение
его расхода при полностью открытом ацетиле-
новом вентиле горелки по сравнению с пас-
портным расходом для данного номера мунд-
штука. Причинами этих неполадок могут быть
засорение кислородного канала, чрезмерное
увеличение его диаметра вследствие износа аце-
тиленовых каналов, смешение инжектора по
отношению к смесительной камере и наружные
повреждения инжектора. Для нормальной ра-
боты горелки диаметр выходного канала мунд-
штука должен быть равен диаметру канала
смесительной камеры, а диаметр канала ин-
жектора—в 3 раза меньше.
Посадочное место инжектора отрегулиро-
вано для- инжекторов, входящих в комплект
горелки.
Инжекторы горелки «Москва» можно ис-
пользовать в горелке «Звезда», а инжекторы
горелки «Малютка» — в горелке «Звездочка».
Проверка горелки на инжекцию (разрежение)
проводится каждый раз перед началом работы
и при смене наконечника. Для этого с ниппеля
снимается ацетиленовый рукав й открывается
кислородный вентиль. В ацетиленовом ниппеле
исправной горелки должен создаваться подсос,
обнаруживаемый прикосновением пальца к от-
верстию ниппеля.
Поддержание мундштука в надлежащем со-
стоянии обеспечивает нормальное пламя по
1 форме и размерам (см. гл. X). Мундштуки ра-
ботают в условиях высокой температуры, под-
т ергаются механическому разрушению от брызг
при сварке и требуют ухода за ними (чистка,
охлаждение и т. д.). Риски, задиры, нагар на
стенках отверстия выходного канала мундшту-
ка снижают скорость выхода горючей смеси и
способствуют образованию хлопков и обрат-
ных ударов, искажают форму пламени. Эти не-
достатки устраняют подрезкой торца мундшту-
ка на 0,5—I мм, калибровкой и полировкой
выходного отверстия.
После каждого ремонта детали горелок обя-
зательно обезжиривают бензином марки Б-70.
Безынжекторные горелки рабо-
тают под одинаковым давлением кислорода и
ацетилена, равным от 0,1 до 0,8 кгс/см2. Эти
горелки обеспечивают более постоянный состав
горючей смеси в процессе работы. Безынжек-
торные горелки можно питать ацетиленом, ли-
бо от баллонов, либо от генераторов среднего
давления.
Специальные горелки. Для газо-
пламенной обработки материалов иногда це-
лесообразно применять специальные горелки.
Промышленностью выпускаются горелки для
нагрева металла с целью термической обра-
ботки, удаления краски, ржавчины, горелки для
пайкй, сварки термопластов; пламенной на-
плавки и др. Принципиальное устройство спе-
циальных горелок во многом аналогично го-
релке, используемой для сварки металлов. От-
личие состоит в форме и размерах мундштуков,
а также в тепловой мощности, форме и разме-
рах пламени. Специальные горелки выпускают
для любого горючего газа.
Контрольные вопросы
1. Почему для газовой сварки из горючих газов
употребляют главным образом ацетилен?
2. Расскажите о классификации ацетиленовых гене-
раторов.
3. Какую роль выполняет в горелке инжектор?
4. Какое влияние оказывает инжекторное устрой-
ство и устройство мундштука на работу горелки?
5. Какие бывают специальные горелки?
chipmaker.ru
ГЛАВА
СВАРОЧНОЕ ПЛАМЯ
Chiomaker.ru
§ 45. Структура ацетилено-кислородного
пламени
Адетилено-кислородное пламя обладает
наиболее высокой температурой по сравнению
с пламенем любого другого газа. Поэтому оно
нашло самое широкое распространение.
Структура ацетилено-кислородного пламе-
ни схематично представлена на рис. 66. В пла-
мени можно различить три зоны: ядро, среднюю
восстановительную зону и. факел — окислитель-
ную зону. Ядро представляет собой механиче-
скую смесь сильно нагретого кислорода и дис-
социированного (разложенного) ацетилена
2С + Н2 + О2.
Ядро выделяется резкими очертаниями и
ярким свечением. Горение начинается на внеш-
ней оболочке ядра и продолжается во второй
зоне по реакции 2С + Н2 + О2 -> 2СО + Н2; уг-
лерод сгорает неполностью. Водород, как имею-
щий меньшее сродство к кислороду по сравне-
нию с углеродом, в этой зоне не окисляется.
Полностью сгорает углерод и горит водород
в третьей зоне пламени за счет кислорода воз-
духа по реакции 2СО + Н2 +1,5 О2 -» 2СО2 +
+ Н2О.
Для полного сгорания одного объема аце-
тилена требуется два с половиной объема
кислорода; один объем поступает из кисло-
родного баллона и полтора объема — из воз-
духа.
Распределение температуры по оси ацетиле-
но-кислородного пламени показано на рис. 66, а.
Максимальная температура пламени, дости-
гающая 3050—3150°С, находится на расстоя-
нии 2—6 мм от конца ядра. При увеличении
расхода ацетилена и кислорода это расстояние
приближается к максимальному. Изменение
длины ядра в зависимости от расхода газов
видно из рис. 66, б.
Схема и графики изменения температур
метан-кислородного и пропан-бутан-кислород-
ного пламени даны на рис. 66, в.
Рис. 66. Схема строения пламени и распределение температур:
а —- нормальное ацетилено-кислородное пламя, б — размеры ядер ацетилено-кислородного пламени
для мундштуков наконечников различных номеров, в — схемы и графики изменения температур
метан-кислородного и пропан-бутан-кислородного пламени; 1 — ядро, 2 — восстановительная зона,
3 — факел, 4 — свариваемый металл, I — длина ядра
75
chipmaker.ru
*2
Рис. 67. Форма пламени ацетилено-кислородных го-
релок:
а — нормальное пламя наконечника № 3, б — нор-
мальное пламя наконечника № 5, в — п~амя с из-
бытком кислорода, г — пламя с избытком ацети-
лена. д — пламя мундштука, имеющего заусенцы
в выходном канале, е — пламя мундштука, имеюще-
го конусный выходной канал, ж — пламя мундшту-
ка, имеющего уступ в конусе мундштука или смеще-
ние конуса по отношению к выходному каналу
§ 46. Виды пламени
В зависимости от объемного соотношения
подаваемых в горелку газов пламя может быть
науглероживающим^^-^ 1), окислительным
' >1,3) и нормальным = 1—1,1)
(рис. 67, а—г).
Состояние мундштука также оказывает влия-
ние на форму пламени (рис. 67, д, е, ж). Для
сварки низкоуглеродистой стали применяют
нормальное пламя, при сварке чугунов — науг-
лероживающее и при сварке алюминия — нор-
мальное или с небольшим избытком ацетилена.
Сварочное пламя должно иметь значитель-
ную тепловую мощность, т. е. вводить в зону
сварки достаточное количество теплоты, чтобы
расплавить основной и присадочный материа-
лы, поддерживать ванну в расплавленном со-
стоянии и возмещать потери теплоты в окру-
жающую атмосферу. Тепловая мощность пла-
мени определяется расходом в горелке ацетиле-
на в дм3/ч. Практически температура пламени
должна быть на 250—300°С больше темпера-
туры плавления металла. Например, если тем-
пература ацетилено-кислородного пламени рав-
на 3100 °C, а температура плавления стали
1500°С, то разница составит 3100—(1500 +
+ 300) = 1300°С.
Для пропан-кислородного пламени разница
будет 2500 — (1500 + 300) = 700°C. Для сварки
пропан-кислородным пламенем одинакового
количества стали необходимое количество теп-
ла в 1,85 (1300/700) раза, чугуна (1пл = 1200°С)
в 1,6, а латуни tnjl = 900°C) в 1,46 раза больше,
чем ацетилено-кислородным пламенем.
Количество вводимого тепла в единицу вре-
мени, т. е. эффективная мощность пламени,
зависит от расхода горючего газа, угла наклона
пламени к поверхности металла, скорости его
перемещения и соотношения содержания горю-
чего газа и кислорода. Например, пламя с из-
бытком кислорода (окислительное) имеет более
высокую температуру, чем науглероживающее.
§ 47. Металлургические процессы
при газовой сварке
В отличие от дуговой газовая сварка проис-
ходит с более низкими скоростями нагрева и
охлаждения металла шва и сварного соедине-
ния, что способствует слиянию мелких зерен в
крупные и более длительному протеканию хи-
мических реакций в сварочной ванне и между
расплавленным металлом и газами сварочного
пламени.
При избытке в пламени кислорода происхо-
ходят интенсивные реакции окисления железа,
кремния, марганца, углерода и других элемен-
тов, входящих в состав стали. Железо окисля-
ется по реакции Ее + О -> FeO, образуя закись
железа, которая способна растворяться в желе-
зе в значительном количестве (см. гл. IV). Обра-
зующаяся закись железа FeO окисляет находя-
щиеся в растворенном состоянии кремний и
марганец, а также углерод, содержащийся в
соединении Fe3C. по реакциям:
Мп + FeO -> MnO + Fe
Si + 2FeO -> SiO2 + 2Fe
Fe3C + FeO -» 4Fe + CO (газ)
Окислы MnO и SiO2 могут оставаться в
металле шва при его охлаждении или в лучшем
случае всплывать наверх и переходить в сва-
рочный шлак.
При уменьшении в сварочной ванне кремния,
марганца и углерода удаление растворенной
закиси железа FeO может приостановиться,
а избыток кислорода (в виде закиси железа)
76
chipmaker.ru
в наплавленном металле поведет к ухудшению
его механических свойств. Особенно понижает-
ся вязкости металла шва, поэтому соединения,
выполненные газовым пламенем с избытком
кислорода, не могут работать длительное вре-
мя на циклическую нагрузку. Другим недостат-
ком применения окислительного пламени явля-
ется разбрызгивание металла при сварке из-за
выхода из сварочной ванны образовавшегося
газа СО по реакции, рассмотренной выше.
При сварке нормальным пламенем свароч-
ная ванна и присадочный металл контактируют
с газами СО и Н2, образующимися во второй
зоне пламени. Окись углерода СО не успевает,
как правило, химически взаимодействовать с
элементами стали ввиду ее малого количества.
Водород способен при высоких температу-
рах нагрева растворяться в железе и при охлаж-
дении сварочной ванны вновь выпадать из рас-
твора, поступать в третью зону пламени и
сгорать с образованием паров воды. Низкоугле-
родистые стали при сварке нормальным аце-
тилено-кислородным пламенем не ухудшают
этих свойств под влиянием газов СО и Н2
в тех случаях, когда скорости охлаждения ме-
талла шва низкие.
Большую опасность водород, образующийся
в пламени, представляет при сварке меди, алю-
миния и некоторых высоколегированных ста-
лей, вызывая «водородную болезнь» (растрес-
кивание) и пористость шва. Для сварки этих
металлов требуется соблюдать соответствую-
щие условия (см. гл. XVIII).
При сварке науглероживающим пламенем
сварочная ванна контактирует с газами СО, Н2
и углеродом С2. В этом случае как газ СО, так
и твердый углерод С реагируют с железом,
образуя карбиды железа по реакции 3Fe + C =
= Fe3C и 3Fe + 2СО = Fe3C + СО2, т. е. проис-
ходит науглероживание металла шва.
Особенно рекомендуется применять наугле-
роживающее пламя при сварке чугунов.
При газовой сварке зона термического влия-
ния в сварных соединениях распространяется
на ширину от 8 (малые толщины листов) до
25 мм в обе стороны от шва.
Контрольные вопросы
1. Какие зоны характеризуют ацетилено-кислород-
ное пламя?
2. Перечислите виды ацетилено-кислородного пла-
мени.
3. Почему окислительное ацетилено-кислородное
пламя не рекомендуется при сварке сталей?
ГЛАВА XI
ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ
СВАРКИ
Chipmaker.ru
§ 48. Области применения газовой сварки
Газовая сварка применяется в нашей стране
с 1ч06 г. До 1960 г. для сварки металлов приме-
няли лишь ацетилено-кислородное пламя. Позд-
нее, когда ацетилен стал дефицитным газом в
связи с использованием его для получения ре-
зины и пластических материалов, кислородное
пламя стали заменять другими видами пла-
мени. Чаще всего используется пропан-бута-
новая смесь или пары горючих жидкостей (ке-
росина и бензина). Эти горючие образуют пла-
мя с температурой всего 2000—2400°C вместо
3150 °C при сгорании ацетилена, что затрудняет
их широкое применение.
Любое газовое пламя и особенно с низкой
температурой обладает малой концентрацией
тепла по сравнению с концентрацией тепла в
сварочной дуге. Поэтому газовая сварка по
сравнению с дуговой выполняется при низких
скоростях нагрева и охлаждения металла, что
приводит к укрупнению зерен околошовного
металла, низкой прочности сварного соедине-
ния, большим деформациям сварного изделия.
Кроме того, стоимость газовой сварки сталь-
ных листов толщиной 2 мм и более выше стои-
мости дуговой сварки. .
Производительность газовой сварки изде-
лий из стали толщиной до 1,5 мм в 1,5 раза
выше по сравнению с дуговой сваркой покрыты-
ми электродами; при толщинах выше 2 мм усту-
пает ей. Поэтому газовая сварка во многих об-
ластях вытесняется электрической (контактной,
дуговой и др.).
Газовая сварка применяется при ремонте
литых изделий из чугуна и цветных металлов,
исправлении дефектного литья, при монтаже
сантехнических узлов, наплавке, сварке легко-
плавких металлов и т. п. Газовое пламя удобно
применять при пайке.
77
chipmaker.ru
По прочности, пластичности и вязкости ме-
тима шва и сварного соединения газовая свар-
ка уступает дуговой независимо от толщины
свариваемого металла.
§ 49. Техника газовой сварки
Левая и правая сварка. При левой сварке
(рис. 68, а) перемещение горелки производится
справа налево, а при правой сварке (рис. 68, б) —
слева направо. В первом случае присадочная
проволока находится перед пламенем горелки,
во втором случае — сзади него. При левом спо-
собе пламя направлено на несваренную часть
шва; для более равномерного прогрева кромок
и лучшего перемешивания металла сварочной
ванны производятся зигзагообразные движения
наконечника и проволоки.
Левая сварка обеспечивает более равномер-
ную высоту и ширину шва в сварном соедине-
нии, наибольшую производительность и мень-
шую стоимость при сварке листов толщиной
до 5 мм. Это объясняется тем, что пламя пред-
варительно подогревает основной металл, под-
лежащий сварке. Кроме того, левая сварка про-
ще по выполнению и не требует от сваршика
приобретения больших навыков.
Левую сварку применяют также для легко-
плавких металлов. Для сварки стали при левом
способе мощность пламени устанавливается
100—120 дм3 ацетилена/ч на 1 мм толщины
свариваемого металла. Повышение скорости
при левой сварке по сравнению с правой может
происходить лишь до тех пор, пока поглощение
тепла изделием (потери) незначительно, а это-
возможно только при сварке тонких листов.
При толщине листов более 5 мм левая сварка
по скорости уступает правой. При правей свар-
ке нагрев в сварочной ванне более интенсивен,
в сварочную ванну вводится больше тепла,
ядро пламени можно приблизить к поверхности
ванны. Кроме того, пламя подогревает уже на-
плавленный металл, этот нагрев распространя-
ется на незначительное расстояние от свароч-
ной ванны, следовательно, происходит терми-
ческая обработка металла шва и зоны термиче-
ского влияния.
Колебательных движений мундштука при
правом способе обычно не делают, а присадоч-
ной проволокой выполняют спиральные дви-
жения, но с меньшей амплитудой, чем при ле-
вой сварке.
Мощность пламени для сварки стали уста-
навливается 120—150 дм3 ацетилена/ч на 1 мм
толщины свариваемого металла;
Положение горелки и присадочной проволоки
при газовой сварке. Пламя горелки направляют
на металл изделия так, чтобы кромки свари-
ваемых частей находились в восстановительной
зоне пламени на расстоянии 2—6 мм от конца
ядра. Касаться концом ядра металла изделия
и присадочного прутка нельзя. Это вызовет
науглероживание металла ванны и будет Спо-
собствовать возникновению хлопков и обрат-
ных ударов пламени.
Скорость нагрева металла при газовой свар-
ке можно регулировать наклоном мундштука
горелки по отношению к поверхности металла.
С увеличением толщины металла угол наклона
мундштука горелки к вертикали возрастает
(рис. 68, в).
Угол наклона присадочной проволоки к
поверхности металла обычно составляет 30—
40° и может изменяться сварщиком в зависи-
мости от положения шва в пространстве, числа
слоев многослойного шва и других условий.
Как правило, конец присадочной проволоки
должен постоянно находиться в сварочной ван-
не, защищенной от окружающего воздуха га-
зами -восстановительной зоны пламени. Поль-
зоваться для образования шва так называемым
капельным процессом сварки, когда проволоку
опускают периодически в сварочную ванну, не
рекомендуется из-за опасности окисления ме-
талла проволоки в момент ее отрыва от сва-
рочной ванны.
§ 50. Основы технологии газовой сварки
Газовой сваркой можно выполнять нижние,
горизонтальные, вертикальные и потолочные
швы. Наиболее трудно выполнять потолочные
швы ввиду стекания вниз капел- металла из
сварочной ванны; в этом случае сварщик дол-
жен удерживать жидкий металл в шве дутьем
газового пламени.
Швы накладываются однослойные и много-
слойные. При толщине стали 8—10 мм шов вы-
полняют в два слоя. Листы толщиной 10 мм и
выше сваривают в 3 слоя и более. Многопро-
ходных швов при газовой сварке не применяют
из-за трудности наложения узких валиков.
Многослойной сваркой обеспечивается по-
вышенная прочность металла шва и всего свар-
ного соединения по сравнению с однослойной:
получается меньший участок перегретого ме-
талла в зоне термического влияния сварного
78
chipmaker.ru
Рас. 68. Способы сварки и угол наклона мундштука:
а — левая, б — правая; 1 — момент сварки, 2 — схе-
мы движений мундштука и проволоки, 3 — углы на-
клона мундштука и проволоки, в — угол наклона
мундштука при разной толщине металла
соединения, достигается нормализация (отжиг)
нижележащих слоев при наплавке последую-
щих Толщина слоя подбирается такой, чтобы
металл предыдущего слоя приобретал мелко-
зернистое стпоение. Для сварки незакаливаю-
щейся стали толщина слоя многослойного шва
составляет 3—8 мм в зависимости от толщины
и размеров изделия- Металл верхнего слоя шва
рекомендуется отжечь газовым пламенем без
присадочного металла.
, Перед наложением каждого слоя нужно
очистить поверхность металла предыдущего
слоя проволочной щеткой от шлаков и толстой
окалины.
Горизонтальные и потолочные швы обычно
выполняют правым способом сварки. Верти-
кальные и наклонные швы сваривают снизу
вверх левым способом.
При газовой сварке углеродистых и низко-
легированных незакаливающихся сталей при-
меняется сварочная проволока марок Св4)8,
Св-08А, Св-08АА, Св-08Г, Св-08ГС Св-12ГС
и других по ГОСТ 2246—70.
При правой сварке пользуются сварочной
проволокой диаметром, равным половине тол-
щины свариваемого металла, но не более 6 мм.
При левей сварке проволоку берут диаметром
на 1 мм больше, чем при правой.
Подготовка кромок для газовой сварки
стыковых соединений стальных деталей при-
ведена в табл. 16.
Листы толщиной до 3 мм обычно свари-
вают Нормальным пламенем. Листы большей
толщины сваривают пламенем с некоторым
избытком кислорода, имеющим состав
В этом случае металл проплавляется аа
большую глубину и сварка более производи-
тельна Однако следует пользоваться свароч-
ной проволокой, легированной кремнием и
марганцем (Св-12ГС, Св-08Г2С и др.) для того,
чтобы полнее удалить образующуюся в свароч-
ной ванне закись железа FeO.
Специальные виды газовой сварки. Сварка
сквозным валиком выполняется при вертикаль-
ном положении деталей в направлении снизу
вверх.
Наклон горелки и присадочной проволоки,
а также характер движения горелки и про-
79
chipmaker.ru
16. Подготовка кромок для газовой сварки стыковых 'соединений из сталей
Название шва
Вид соединения
Размеры, мм
толщина металла, $ зазор, L Притупле- ние, с
С отбортовкой кромок, без приса-
дочного металла
волоки в процессе выполнения шва показаны
на рис. 69.
При толщине листов от 2 до 12 мм кромки
те скашивают. Сварку начинают с. проплавле-
ния отверстия диаметром, равным толщине
свариваемых листов. Затем проволокой за-
плавляется нижняя часть отверстия на всю тол-
щину металла, перемещают пламя, оплавляя
верхнюю часть отверстия и накладывая металл
на нижнюю кромку. Таким образом, отверстие
все время продвигается вверх, заплавляясь снизу
и оплавляясь сверху. В процессе сварки совер-
шаются круговые движения мундштуком. Но-
вая круговая ванночка должна перекрывать
предыдущую на ’/з диаметра. Сваренные этим
приемом стальные листы образуют плотный
шов с лучшими механическими свойствами,
чем сварка в нижнем положении.
Мощность горелки подбирается из расчета
60 дм3/ч на 1 мм толщины листа. При сварке
Листов толщиной более 6 мм применяется вер-
тикальная сварка одновременно с двух сторон.
Без скоса кромок, односторонний
Без скоса кромок, двусторонний
V-образный
Х-образный
V-образный при разной толщине
листов
2—3
2—3
Мощность горелки выбирается из
30 дм3/ч на 1 мм толщины металла.
1,5—2,5
расчета
горизон-
При сварке труб, расположенных
талыю, после сборки стыка (обычно йа свароч-
60-70°
Рис. 69. Схема сварки сквозным наликом ири тол-
щине S:
о — от 2 до 6 мм, б — от 6 до 12 мм, в— от 12 до
20 мм
80
chipmaker.ru
ных прихватках, расположенных в зависимости
от диаметра трубы в 3—6 местах на равных
расстояниях) сварку производят участками, не-
зависимо от того, поворотный или неповорот-
ный стык При сварке с поворотом свариваемый
участок обычно находится наверху и занимает
положение между вертикальным диаметром и
диаметром, наклоненным к нему под углом 45°.
Трубы без поворота свариваются участками в
нижнем, наклонном и потолочном положениях
с соблюдением принципа обратноступенчатой
сварки с целью борьбы с деформациями
(гл. XXIV).
ГЛАВА
XII
АППАРАТУРА
ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ
Chiomaker.ru
Контрольные вопросы
1. Назовите области применения газовой сварки.
2. Каковы преимущества и недостатки левой и
правой сварки?
3. Каким должно быть положение горелки и при-
садочной проволоки при левой и правой сварке?
4. Назовите специальные виды газовой сварки.
Резаки служат для образования подогре-
вающего пламени и подачи чистого кисло-
рода в зону резки.
Резаки подразделяются:
по виду резки — для разделительной, по-
верхностной;
по назначению — для ручной резки, машин-
ной, специальные;
по роду горючего — для ацетилена, газов-
заменителей ацетилена, жидких горючих;
по принципу действия —- инжекторные, рав-
ного давления;
по давлению кислорода — низкого и высо-
кого давления;
по конструкции мундштуков — щелевые,
многосопловые.
§ 51. Универсальные инжекторные резаки
Инжекторный резак подобно инжекторной
горелке состоит из двух основных узлов —
ствола и наконечника. Конструкция резака отли-
чается от конструкции горелки (см. гл. IX) тем,
что н резаке имеется дополнительная трубка
для режущего кислорода с вентилем (рис. 70, а).
Ниппель для горючего газа присоединя-
ется к штуцеру ствола, имеющему левую резьбу,
и к штуцеру для кислорода — с правой резьбой.
Головка имеет сменные мундштуки, уста-
навливаемые в зависимости от толщины раз-
резаемой стали. Инжекторное устройство ре-
зака аналогично устройству горелки.
Мундштуки резаков бывают с кольцевым
подогревательным пламенем (или щелевые)
и многосопловые (рис. 71). И в тех и других
струя режущего кислорода проходит по цент-
ральному каналу.
81
chipmaker.ru
Рас. 70. Инжекторные резаки:
а — «факел»; 1 — голсвка, 2 — трубка режущего
кислорода, 3 — вентиль режущего кислорода, 4 —
вентиль подогревающего кислорода, 5,6 — ниппели
кислорода и ацетилена, 7 — рукоятка, 8 — корпус,
9 — ацетиленовый вентиль, 10 — инжектор, 11 —
накидная гайка, 12 — смесительная камера, 13 —
трубка для газовой смеси; 14 — внутренний мунд-
штук, 15 — наружный мундштук; 6 — «Ракета-1»
Многосопловые мундштуки сложны по кон-
струкции и в изготовлении. Кроме того, при
эксплуатации они часто забиваются каплями
Шлака, что нарушает процесс резки и вызывает
хлопки и обратные удары. Поэтому наиболь-
шее применение нашли резаки со щелевыми
мундштуками.
- Щелевые мундштуки состоят из внутрен-
него и наружного мундштуков, которые вверты-
ваются в головку резака или присоединяются
к ней накидной гайкой. Смесь газов для подд-,
гревающего пламени проходит в зазор между
мундштуками. С помощью, сменных мундшту-
ков регулируют расход газов и мощность
подогревательного пламени.
Мундштуки — особенно ответственные де-
тали резаков. Очень важно, чтобы была обеспе-
чена герметичность соединений мундштуков
и отсутствие прилипания брызг разрезаемого
металла к их поверхности. В настоящее время
все. мундштуки изготовляются из бронзы
Бр.Х 0,5; тугоплавкая пленка окиси хрома на
ее поверхности сильно уменьшает возможность
прилипания брызг.
Для резки стали заданной толщины подби-
рают мундштуки по табл. 17, данные которой
соответствуют ГОСТ 5191—69.
В настоящее время выпускаются два типа
резаков. Первый — «Факел» (измененная кон-
струкция резака «Пламя»), инжекторное устрой-
Рис. 71. Типы мундштуков (cxe ia):
а — щелевой, б — многосопловый; 1 — внутренний
мундштук, 2 — наружный мундштук,
ство которого помещено, как и в горелке,
в стволе. Конструкция этого резака показана на
рис. 70, а. Второй тип — «Ракета-1» (рис. 70, б),
инжекторное устройство которого находится
в головке. Резаки типа «Ракета» в эксплуатации
меньше подвержены хлопкам и обратным уда-
рам.
Для работы на газах-заменителях ацетилена
выпускаются резаки РЗР — на основе резака
«Пламя» и РУЗ-70 («Ракета-2») — на основе
резака «Ракета-1». Этн резаки отличаются от
ацетилено-кислородных размерами инжекто-
ров и диаметрами каналов мундштуков.
Резаки снабжаются циркульным устройст-
вом (для вырезки друглых заготовок) и опор-
ными тележками.
§ 52. Вставные резаки
Вставные резаки РГС-70 присоединяются
к сварочным горелкам «Звезда» и ГС-3; резаки
РГМ-70—к горелкам «Звездочка» и ГС-2.
Вставной резак состоит из корпуса с венти-
лем для режущего кислорода, смесительной
камеры, головки с мундштуками и присоеди-
нительного устройства с накидной гайкой.
Резак РГС-70 предназначен для раздели-
тельной резки стали толщиной от 3 до 70 мм;
РГМ-70 — от 3 до 50 мм. Масса резаков’ —
соответственно 0,611 и 0,594 кг.
Эти резаки удобны при работе в монтажных
условиях, когда одному и тому же сварщику
приходится часто переключаться с операции
резки на сварку и наоборот.
Вставные резаки выпускаются также для
выполнения специальных работ:
РАТ-70 (к горелкам «Звезда» и ГС-3) — для
резки труб диаметром от 45 мм с толщиной
стенки от 3 до 20 мм;
РАО-70 (к тем же горелкам) —для вырезки
в листах отверстий диаметром от, 25 до 100 мм;
82
chipmaker.ru
17. Техническая характеристика ручного универсального резака
Показатели 1 Толщина разрезаемого металла, мм
3—5 5—25 25—50 50—100 100—200 200—300
Номер мундштука: внутреннего 1 2 3 4 5 5
наружного 1 1 1 2 2 2
Давление режущего кислорода, кгс/см2 Расход, м3/ч: 3 4 6 8 10 .2
кислорода 3,0 6,0 10,0 15,0 26,0 40,0
ацетилена 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Примерная ширина реза, мм 2—2,5 2,5—3,5 3,5—4,5 4,5—7 7—10 10—15
Скорость резки, мм/мин 550 370 260 165 100 80
РАЗ-70—для срезки гэловок заклепок диа-
метром до 70 мм.
§ 53. Резаки для резки стали больших толщин
С помощью универсальных инжекторных
резаков «Факел» и «Ракета-1» можно резать
сталь толщиной до 300 мм, при этом с увели-
чением толщины разрезаемой стали необхо-
димо увеличивать давление режущего кисло-
рода. При резке стали толщиной 30U мм давле-
ние кислорода повышают до 12—14 ат. Следо-
вэтельзо, можно предположить, что для резки
листов толщиной более 300 мм необходимо
было бы применять резаки с давлением кисло-
рода более 14 ат и значительно большей мощ-
ностью подогревательного пламени.
Однако было установлено, что резку сталей
больших толщин целесообразно выполнять ре-
заками, работающими на пониженных давле-
ниях режущего кислорода (2—4 кгс/смг). Осо-
бенности конструкции таких резаков, заключа-
ются в том, что кислородные каналы имеют
большую длину, сечение канала постоянно,
внутренняя поверхность канала и сопл, особен-
но у выходной кромки, тщательно обработана,
кислородная трубка (и подводящий рукав) име-
ют большой внутренний диаметр.
ВНИИавтогенмаш разработал резак
РМ-1000 для резки сталей толщиной до 1000 мм.
НИИПТмаш разработал резаки РГМ-2, РГМ-3
и РГМ-з для резки сталей толщиной соответ-
ственно до 1200, 1300 и 15и0 мм.
С другой стороны, разрабатывается аппа-
ратура для резки кйслородом сверхвысокого
давления. При соответствующем профиле сопла
можно получить высокие скорости кислород-
ной струи и увеличение ее удельной энергии.
При резке образуются параллельные кромки
с неглубокими бороздками и небольшим отста-
ванием их образования. Тонкой струей можно
вырезать детати сложной формы с острыми
углами, прорезать ^зкие шлицы и т. д. При'
резке тонкой кислородной струей при давлений
кислорода 100 кгс/см2 скорость резки повыша-
ется на 20—30% и улучшается качество поверх-
ности рези.
§ 54. Специальные резаки
Резак для резки «смыв»-лроцессом. Конст-
рукция этого резака, сечение которого пред-
ставлено на рис. 72, предусматривает образо-
вание трех струй режущего кислорода: основ-
ной, выходящей из канала 3, и двух вспомога-
тельных, выходящих из каналов 4. Основная
струя разрешает металл, а вспомогательные,
Рис. 72- Схема резки «смыв»-цроЦессом:
1 — разрезаемый металл, 2 — положение резака
при р зке, 3 — канал основной (режущей) струи кис-
лорода, 4 — каналы для шлифующих (смывающих)
струй -шслор да, 5 — плавающее устройство
83
chipmaker.ru
следующие за ней, «смывают» бороздки, нахо-
дящиеся еще в нагретом состоянии, как бы
шлифуют поверхность реза. Шероховатость
обработанной поверхности соответствует 5-му
классу. Трехструйный резак, кроме высокого
качества поверхности реза, обеспечивает повы-
шение производительности резки по сравнению
с обычной в 1,5—2 раза (при соответствующем
увеличении расхода кислорода).
Резаки для поверхностной резки. Для снятия
металла с поверхности на некоторую глубину
служат резаки для поверхностной резки. При
наклоне резака под очень малым углом к поверх-
ности металла (рис. .73) нагретый на поверх-
ности металл сгораете струе кислорода, образуя
канавку овального сечения.
Резак для ручной поверхностной резки ти-
па РАП-62 образует канавку шириной от 6 до
20 мм, глубиной от 2 до 6 мм со скоростью
от 1 до 6 м/мин.
Поверхностная резка применяется для уда-
ления трещин, зачистки корней швов перед
наложением подварочного валика и др.
Резаки РПК-2 (для коксового газа) и РПА-2
(для ацетилена) предназначены для удаления
пороков стального литья и чернового проката,
а также для вырезки дефектов сварных швов.
Характерная особенность этих резаков — боль-
шая длина (1350 мм).
Машинные резаки. Резаки газорезательных
машин по принципу действия не отличаются
от ручных. Обычно машинный резак имеет
на наружной поверхности зубчатую рейку для
перемещения по вертикали в суппорте машины
при установке резака на заданном расстоянии
от поверхности разрезаемого листа. Конст-
рукция и тип резака определяются типом ма-
шины, которую он комплектует. В газореза-
тельных машинах применяются как инжектор-
ные, так и безынжекторные (равного давления)
резаки, работающие на ацетилене, газах-заме-
нителях и распыленном керосине.
§ 55. Керосинорез
Устройство для резки, в котором для подо-
гревающего пламени используют пары керо-
сина, называют керосинорезом. Схема резака
керосинореза показана на рис. 74. Для преоб-
разования жидкого керосина в пар имеется
испаритель, представляющий собой трубку из
нержавеющей стали с помешенной внутри асбес-
товой оплеткой 11.
Для нагрева испарителя служит вспомога-
тельный мундштук 12, расположенный в го-
ловке резака. Мощность и состав подогреваю-
щего пламени регулируются кислородным вен-
тилем 9 и маховичком 10, изменяющим поло-
жение инжектора 4 в смесительной камере.
Жидкий керосин, поступающий из бачка,
в резаке преобразуется в пары, смешивается
в головке резака с кислородом и на выходе
из мундштука образует пламя.
Керосин подается в резак под давлением
1,5—3 кгс/см2 из бачка (БГ-63 — емкостью
6,5 дм3 или БГ-68 — емкостью 7,5 дм3), снаб-
женного ручным воздушным насосом 3, мано-
Рис. 73. Схема поверхностной кислородной резки и
формы выплавляемых канавок
Рис. 74. Схема резака керосинореза:
1 и 2 — мундштуки, 3 — головка, 4 — инжектор,
5 — кислородная трубка, 6 — кислородный вентиль,
7 — керосиновый вентиль, 8 — рукоятка, 9 — вен-
тиль подогревающего кислорода, 10 — маховичок,
11 — асбестовая набивка, 12 — вспомогательный
мундштук
84
Рис. 75. Керосинорез с бачком:
1 — резак, 2 — бачок, 3 — воздушный насос, 4 — ма-
нометр, 5 — шланговый ниппель, 6 — запорный вен-
тиль, 7 — тележка
метром 4 и запорным вентилем 6 (рис. 75).
Сменными мундштуками регулируют ".рас-
ход кислорода, керосина и скорость резки в
зависимости от толщины разрезаемой стали
(табл. 18).
Правила обращения с керосинорезом.
1. При помощи ручного насоса 3 (рис. 75)
создают давление в бачке. Давление в бачке
не должно превышать давление кислорода,
так как это может привести к воспламенению
кислородного шланга.
2 Вентилем 7 (рис. 74) в резак подается
керосин, потом открывается вентиль подогре-
вающего кислорода и зажигается смесь керо-
сина с кислородом. Трубка испарителя 11 нагре-
вается пламенем вспомогательного мундшту-
ка 12. После достаточного прогрева испарителя
может быть пущен режущий кислород венти-
лем 6 (предварительный нагрев испарителя
производится паяльной лампой).
18. Технологическая характеристика керосинореза
3. Отрегулировать подогревающее пламя.
Если ядро подогревающего пламени при пуске
режущего кислорода неустойчивое, следует -от-
регулировать вентилем 9 и маховичком 10
подачу подогревающего кислорода (рис. 74).
4. При прекращении работы керосинореза
сначала закрывают вентиль режущего кисло-
рода 6. Потом вентиль подачи керосина 7 и
вентиль подачи подогревающего кислорода 9.
Потом открывают на бачке спускной кран для
снижения давления до атмосферного.
5. Для нормальной работы керосинореза
необходимо систематически (не реже одного
раза в неделю) промывать асбестовую оплетку
испарителя в горячей воде.
Для резки применяется осветительный ке-
росин (ГОСТ 4753—68). Керосин перед залив-
кой в бачок подвергается очистке отстаиванием
через сукно или мелкую латунную сетку.
Керосином для резки можно пользоваться
при температурах не ниже —15 °C и толщине
разрезаемой стали не более 200 мм. Это объясня-
ется тем, что при низких температурах керосин
приобретает очень большую вязкость, что весь-
ма затрудняет резку.
Кроме резаков, работающих на парах керо-
сина, применяют резаки с распылением жидкого
керосина, например РКР-3 (резак керосиновый
с распылителем, третьей модели), для ручной
резки ста ли толщиной до 100 мм. Распыление
керосина производится с помощью специально-
го сопла-распылителя, размещенного непосред-
ственно в головке резака.
§ 56. Машины для кислородной резки
Машины для кислородной резки разделяют
на два типа: стационарные и переносные.
Показатели Толщина разрезаемого металла, мм
до 20 20—50 50—100 100—200
Номер внутреннего мундштука (сопла) 1 2 3 4
Давление, кгс/см2; кислорода 4—5 5—7 7—9 9—Ч
керосина в бачке 1,5—3,0 . 1,5—3,0 1,5—3,0 1,5—3,0
Расход: кислорода, м3/ч 5,4—7,6 7,6—9,8 9,8—20,2 20,2—32,6
кислорода, дм3/пог. м 134—423 423—1090 1000—3360 3360—7230
керосина, кг/ч 0,7—0,8 0,8—0,9 0,9—1,0 1,1—1,3
керосина, г/пог. м 25-53 53—100 100—180 180—290
Скорость резки, мм/мин 450—300 300—150 150—100 100—75
85
chipmaker.ru
Рве. 7$. Переносные машины для резки:
а — «Радуга», б — «Спутник»; 1 — резаки, 2 — те-
лежка, 3 — рукоятка ручного управления, 4 — рео-
стат, 5 — электродвигатель, б — цепь для укрепле-
ния машины на трубе
Переносные машины изготовляются в виде
самоходной тележки, перемещающейся элек-
тродвигателем, пружинным механизмов или
газовой турбинкой. Они снабжены одним или
несколькими резаками. Машина устанавлива-
ется на разрезаемый лист или трубу и направля-
ется по разметке, циркульному устройству,
направляющим или гибкому копиру.
Переносная машина «Радуга» (рис. 76, а)
с одним или двумя резаками предназначена
для резки стальных листов толщиной от 5
до 160 мм. Скорость резки изменяется от 90
ДО 1600 мм/мин, потребляемая мощность 90 Вт.
Масса машины —16 кг.
Переносная машина «Спутник-2» (рис. 76, б)
предназначена для резки труб. Тележка крепит-
ся цепью к трубе и перемещается механизмом,
приводимым в действие электродвигателем.
Диаметры разрезаемой трубы 194—1420 мм,
толщина стенки 5—50 мм. Масса машины —
18 кг.
Переносный фланцерез ПГФ-2-67 устанав-
ливается на обрабатываемый лист; он вырезает
фланцы и диски диаметром 50—450 мм из
стальных листов толщиной 5—60 мм. Скорость
резки — 100—900 мм/мин. Масса машины —
26 кг.
Установка для фасонной вырезки труб
УФВТ-2 предназначена для выполнения фигур-
ных резов под пересечение труб,- криволинейных
контуров, вырезки из труб любых деталей без
предварительной разметки. Диаметр обраба-
тываемых труб 100—530 мм, толщина стенки
трубы 4—20 мм, потребляемая мощность 4 кВт.
Советская промышленность выпускает ста-
ционарные газорезательные ма шины для выпол-
нения следующих операций: расхрой листов,
вырезка прямолинейных и фигурных заготовок,
точная резка, вырезка малогабаритных заго-
товок и деталей. Машины имеют несколько
резаков (от 2 до 12)'для одновременной выреЗки
нескольких заготовок или раскроя листа на
несколько полос. Толщина обрабатываемых
листов находится в пределах от 5 до 100 мм.
В каждой машине применен один из четырех
способов управления резаками: а) механиче-
ское копирование, когда резаки повторяют
движение острия указательного стержня, пере-
мещаемого по линии чертежа; б) электромаг-
нитное копирование, когда резаки копируют
движение намагниченного пальца, который при-
тягивается к кромке стального копира; в) фото-
электронное копирование — со специальной
фотоэлектронной головкой, работающей от
чертежа; г) с программным управлением, когда
на перфоленту записываются все технологи-
ческие операции и контуры вырезаемых де-
талей.
Большое распространение получила шар-
нирная мащина АСШ-2 (рис. 77). Машина
АС1Л-2 предназначена для вырезки деталей
по копиру б методом копирования контура
реза магнитным роликом. На колонке 7 маши-
ны укреплены шарнирные рамы 2 и 3. В верхней
части рамы 3 установлены электродвигатель 7
и ведущая головка с магнитной катушкой 5.
Внутри катушки вращается намагниченный
стальной палец с рифленым концом, который
обкатывает контур шаблона. В нижней части
рамы 3 закреплен резак 4, который точно ко-
пирует на поверхности листа движение магнит-
ного пальца. Ось резака совпадает с осью маг-
86
chipmaker.ru
Рис. 77. Общий вид шарнирной машины АСШ-2:
1 — колонка, 2, 3 — шарнирные рамы, 4 — резак,
5 — магнитная катушка, 6 — копир, 7 — электро-
двигатель, 8 — штанги. 9 — хобот
нитного пальца, что обеспечивает высокую
точность реза.
Машина АСШ-2 вырезает детали размером
750—1500 мм любой формы при толщине
листа до 100 мм.
Машина АСШ-70 отличается от машины
АСШ-2 тем, что она может вырезать одновре-
менно три детали.
Машина СГУ-61 (рис. 78, а) предназначена
для вырезки заготовок из листов размерами
6000x2000 мм и толщиной от 5 до 100 мм.
На ней может выполняться резка с односто-
ронним скосом кромок. Количество резаков —
от 1 до 4. Управление резаками производится
либо магнитной головкой по копиру, либо
механическим копированием по чертежу. При
работе одним резаком толщина разрезаемой
стали может быть увеличена до 300 мм.
Машина «Одесса» (рис. 78, б) портального
типа оснащена шестью ре аками, может одно-
временно вырезать до шести фигурных загото-
вок и полосы с односторонним и двусторонним
скосом кромок. Управление резаками произво-
дится фотокопировальным масштабным уст--
Рис. 78. Стационарные машины для резки:
а — СГУ-61; 1 — опоры, 2 — рельсовые пути, 3 —
направляющая поперечного хода, 4 — ведущий ме-
ханизм с магнитной головкой, 5 — штанга, связы-
вающая ведущий механизм с каретками суппортов,
6 — передняя-каретка продольного хода, 7—ферма,
8 — верхняя винтовая стяжка, 9 — реЛейный блок,
10 — каретка для поддержки шлангов и кабелей,
11 — двигатель подъема резаков, 12 — пульт управ-
ления, 13 — суппорты с резаками; б — «Одесса»:
1 — резаки, 2 — привод поперечного хода, 3 — на-
правляющая поперечного хода, 4 — пульт управ-
ления, 5 — задающая часть машины с фотокопиро-
вальным устройством, б — пульт управления фото-
копировального устройства, 7 — привод продоль-
ного хода
ройством. Это значит, что чертеж вырезаемой
заготовки, по которому ведется копирование,
изготовляется в уменьшенном по сравнению
с заготовкой масштабе. Размеры обрабатыва-
емого листа 9000 х 3000 мм, толщина до 160 мм
(при работе одним резаком до 300 мм). Управ-
ление операциями резки — дистанционное
с пульта, расположенного на портале машины.
Машина «Юг-2,5К1,6» предназначена для
прямолинейной и фигурной резки из листов
размерами 8000 х 2509 мм, толщиной от 5
до 100 мм. Машина имеет масштабное фото-
37
электронное устройство для управления реза-
ками, автоматическое устройство для поддер-
жания заданного расстояния между резаком
и поверхностью листа и дистанционное зажи-
гание резаков.
Машина «Юг-8К4» предназначена для пря-
молинейной и фигурной резки; она может
выполнять резку полос с подготовкой кромок
под сварку. Машина оснащена двенадцатью
резаками, которые могут работать одновре-
менно. Размеры обрабатываемых листов
20 000 х 8000 мм, толщина от 5 до 160 мм. Ско-
рость перемещения резака при резке 100—
4000 мм/мин.
Контрольные вопросы
ГЛАВА XIII
ТЕХНОЛОГИЯ КИСЛОРОДНОЙ
РЕЗКИ
Chiomaker.ru
1. Расскажите о классификации резаков.
2. Какая разница по конструкции между универ-
сальным, вставным и машинным резаками?
3. Назовите машины для термической резки и при-
ведите их основные технические характеристики.
4. Как устроены и работают переносные машины
для кислородной резки?
§ $7. Сущность и классификация процесса резки
Термической резкой называют процесс отде-
ления частей (заготовок) металла от сортового
или листового его окислением или плавлением,
или посредством того и другого.
Сущность резки окислением состо-
ит в нагреве места резки до температуры горе-
ния (воспламенения) металла, сгорании подо-
гретого металла в кислороде и удалении про-
дуктов горения из области реза струей
кислорода.
Сущность резки плавлением со-
стоит в нагреве места резки сильным концентри-
рованным источником до температуры выше
температуры плавления металла и выдувании
расплавленного металла из места реза дугой
и газами, участвующими в процессе резки.
Основными видами термической резки окис-
лением (горением) являются: кислородная,
кислородно-флюсовая и кислородно-дуговая.
Основными видами термической резки плав-
лением являются: плазменно-дуговая, газола-
зерная, газодуговая.
Для обработки минералов, железобетона и
других неметаллических материалов применя-
ют резку кислородным копьем и реактивной
струей.
По форме и характеру резку подразделяют
на разделительную и поверхностную, по шеро-
ховатости поверхности реза — на заготовитель-
ную и чистовую.
Для нагрева металла при кислородной резке
применяются различные горючие газы и жид-
кости (см. табл. 14).
§ 58. Основные условия резки
металлов окислением
Не все металлы и сплавы поддаются резке
окислением. Окислительная резка требует вы-
полнения следующих условий:
88
chipmaker.ru
1. Температура воспламенения металла
(температура начала горения) должна быть ни-
же температуры его плавления. В этом случае
металл Уорит в твердом состоянии; поверхность
реза получается гладкой, верхние края кромки
реза не подплавляются, продукты горения в
виде шлака легко удаляются из полости реза
кислородной струей и форма реза остается
постоянной.
Этому условию отвечает железо и углеродис-
тые стали. Техническое железо горит в кислоро-
де при температуре 1050—1360°C в зависимо-
сти от его состояния (прокат, порошок и др.),
в то время как температура плавления железа
равна 1539°С.
Не поддаются резке окислением алюминий
и его сплавы. Температура воспламенения и
плавления алюминия соответственно равна 900
и 660°С. Следовательно, алюминий может го-
реть только в жидком состоянии, поэтому полу-
чить-постоянную форму реза невозможно.
2. Температура плавления образующихся
при резке окислов и шлаков должна быть ниже
температуры плавления металла. В этом случае
они становятся жидкотекучими и беспрепятст-
венно удаляются из области реза кислородной
струей.
Окислы в виде FeO и Fe3O4, образующиеся
при окислении железа в процессе резки, имеют
температуру плавления 1350 и 1400°С, т. е. ниже
температуры плавления железа. Поэтому низко-
углеродистые стали, поддаются резке окисле-
нием. Стали, содержащие более 0,65°/' углеро-
да, имеют температуру плавления ниже темпе-
ратуры плавления окислов железа, и резка их
окислением в обычных условиях затрудни-
тельна.
Некоторые металлы образуют окислы с
высокими температурами плавления, например
окислы алюминия — 2050°С, хрома — около
2270°С, никеля — 1985°С, меди — 1230°С.
Эти окислы при резке хромистых и хромо-
никелевых сталей, меди и ее сплавов, чугунов
и других по сравнению с разрезаемым метал-
лом являются тугоплавкими. Они при обычной
окислительной резке не могут быть удалены из
области реза, так как закрывают место окисле-
ния подогретого до температуры воспламене-
ния металла от струи кислорода, и резка ста-
новится невозможной.
3. Металлы должны обладать небольшой
теплопроводностью, чтобы не было сильного
теплоотвода от места резки, иначе процесс
резки прервется.
Медь, алюминий и их сплавы обладают вы-
сокой теплопроводностью по сравнению с же-
лезом и сталью; практически не удается скон-
центрировать нагрев этих металлов до темпе-
ратуры воспламенения подогревающим пла-
менем по всей толщине листа. Поэтому указан-
ные металлы не поддаются обычной кислород-
ной резке.
§ 59. Основные факторы, влияющие на резку
Температура воспламенения стали в кисло-
роде зависит от содержания углерода и других
элементов, от состояния ее поверхности (рых-
лости, шероховатости), давления и скорости
струи кислорода и др
Чистое железо в виде куска имеет темпера-
туру воспламенения в кислороде 1050°C, а тем-
пературу плавления 1539°C. При содержании
в стали 0,7% углерода температура ее воспла-
менения в кислороде повышается до 1300°C
и достигает температуры плавления этой стали.
В этом случае процесс резки затрудняется.
Шероховатая поверхность стали облегчает
ее воспламенение. Рыхлость материала снижает
температуру воспламенения. Например, если
прокатное железо интенсивно окисляется при
температуре 1050°С, то железный порошок на-
чинает гореть в кислороде при температуре
315°С.
При давлении кислорода 25 кгс/см2 и ско-
рости потока 180 м/с температура воспламе-
нения низкоуглеродистой стали в кислороде
снижается до 700—750°C.
При кислородной резке, так же как и при
сварке, вблизи места реза образуется зона‘тер-
мического влияния, что способствует образо-
ванию трещин при остывании кромок.
При резке нержавеющих сталей возможна
межкристаллитная коррозия (выпадение кар-
бидов хрома из раствора) после резки и ржавле-
ние. Поэтому кромки этих сталей после резки
кислородом часто фрезеруют или строгают на
глубину 0,5—3 мм при толщине до 100 мм.
Для некоторых марок высоколегированной
стали после резки кислородом применяют тер-
мическую обработку для восстановления струк-
туры металла на кромках.
Свойство стали разрезаться кислородом без
образования закаленного участка вблизи места
резки принято называть разрезаемостью.
Оценка разрезаемости в зависимости от хими-
ческого состава стали проводится по четырех-
балльной системе: 1) хорошо разрезающиеся,
89
chipmaker.ru
19. Разрезаемость кислородом углеродистых и низколегированных сталей
Группа
разреза-
еыости
Наименование сталей
Содержание
углерода, %
Условна резки
1.
2.
Углеродистые стали
Низколегированные стали
Углеродистые стали
Низколегированные стали
Углеродистые стали
Низколегированные стали
Углеродистые стали
Низколегированные стали
менее 0,3
менее 0,2
ф
0,3—0,4
0,2—0,3
0,4—0,5
0,3—0,4
более 0,5
более 0,4
Разрезаются в любых производственных
условиях без ограничений по толщине и
температуре воздуха
Разрезаются с ограничениями:
в зимнее время (температура не ме-
нее —5°) и при резке большой толщи-
ны (более 100 мм) с подогревом по
линии реза до температуры не менее
120 °C
Требуется подогрев до 200—300°C по
линии реза
Требуется подогрев до 300—450°С
Примечание. Разрезаемость сталей может оцениваться также и по эквивалентному углероду, опреде-
ляемому по соответствующей формуле.
2) удовлетворительно, 3) ограниченно и 4) пло-
хо разрезающиеся стали (табл. 19).
$ 60. Режимы резки
Основные показатели режима резки — это
давление режущего кислорода и скорость резки,
Которые зависят (для данного химического со-
става стали) от толщины разрезаемой стали,
Чистоты кислорода и конструкции резака.
20. Режимы машинной кислородной резки
Давление режущего кислорода имеет боль-
шое значение для резки. При недостаточном
давлении струя кислорода не сможет выдуть
шлаки из места реза и металл не будет прорезан
на всю толщину. При слишком большом дав-
лении кислорода расход его возрастает, а разрез
получается недостаточно чистым.
Установлено, что уменьшение чистоты кис-
лорода на 1% снижает скорость резки в сред-
нем на 20%. Применять кислород чистотой
ниже 95% нецелесообразно из-за снижения ско-
Показатели Толщина разрезаемого металла, мм
5 10 20 30 60 100 150 200
Номер мундштука 1 1 2 3 4 4 5 6
Давление кисло- рода, кгс/см1 Для работы од- ним резаком: скорость резки, мм/мии 3,5 4,5 4,5 4,5 6,0 10,5 10,5 10,5
590—640 480—520 390—420 350—380 300—330 240—260 210—230 200—210
Расход, дм3/м: кислопода 65 95 160 250 560 1180 2250 3920
ацетилена 12 15 23 27 42 62 95 125
Для работы дву- мя резаками: скорость резки, мм/мии 400—500 320—340 260—330 230—290 190—240 160—200
Расход, дм3/м: кислорода 215 255 565 1260 2700 — —
ацетилена — 35 .50 60 95 140 ч— —
90
chipmaker.ru
роста и качества поверхности реза. Наиболее
целесообразно и экономически оправдано при-
менение, особенно при машинной кислородной
резке, кислорода чистотой 99,5% и более.
На скорость резки также оказывают влия-
ние степень механизации процессу (ручная или
машинная резка), форма линии реза (прямоли-
нейная или фигурная) и качество поверхности
реза (разделочная, заготовительная с припус-
ком на механическую обработку, заготовитель-
ная под сварку, чистовая).
Скорость ручной резки можно кроме таб-
лицы также определить по формуле
v = JO22L мм/мин,
50+8
где 8 — толщина разрезаемой стали, мм.
Если скорость резки мала, то будет проис-
ходить оплавление кромок; если скорость слиш-
ком велика, то будут образовываться непроре-
занные участки из-за отставания кислородной
струи, непрерывность резки нарушится.
Режимы машинной чистовой резки деталей
с прямолинейными кромками без последующей
механической обработки под сварку приведе-
ны в табл. 20. Для фигурной резки скорость бе-
рется в пределах, указанных в таблице для резки
двумя резаками. При заготовительной резке
скорость принимается на 10—20% выше ука-
занной в таблице.
Данные таблицы учитывают, что чистота
кислорода — 99,5%. При меньшей чистоте
расход кислорода и ацетилена возрастает, а
скорость резки уменьшается; эта величины оп-
ределяются умножением на поправочный коэф-
фициент, равный:
Чистота кислорода, %
Коэффициенты:
расхода кислорода .
ацетилена ...........
скорости .........
99,2 99,0 98,8
1,10 1,15 1,18.
1,05 1,12 1,15
0,94 0,90 0,88
При резке листов толщиной ~ 100 мм эко-
номически оправдано применение подогреваю-
щего пламени с избытком кислорода для воз-
можно более быстрого нагрева поверхности
металла.
Рис. 79. Приемы резки внутри контура изделии:
а — начало резки, 6 — вырезка фланцев; 1, 2, 3,4 —
последовательность резов
тонкий металл (8 < 10 мм) пробивают с по-
мощью резака. Начало резки по контуру 1
(рис. 79, а) должно всегда находиться на пря-
мой, что обеспечивает получение чистого реза
на закруглениях. В контуре 2 начало резки мо-
жет быть выбрано в любом месте, кроме углов.
При вырезке фланцев (рис. 79, 6) вначале выре-
зается внутренняя часть 1 в металле, идущем в
отходы, а затем вырезается контур 2. Место,
начала резки внешнего контура 2 (рис. 79,6)
следует выбирать таким образом, чтобы проис-
ходило легкое отделение металла, идущего в
отходы.
Наружный контур 4 вырезается в послед-
нюю очередь. Это обеспечит вырезку деталей
с меньшими отклонениями от размеченных ДО
резки контуров. Внутренние напряжения, имею-
щиеся в прокатном листе, искажают контуры
реза. Их устранения достигают резкой по внут-
реннему контуру.
При резке со скосом кромки (рис. 80) поверх-
ности реза не одинаковы по качеству. Поверх-
ность «Ь» всегда лучше, чем поверхность «а».
Острый угол на поверхности «а» оплавляется
сильнее, так как на нем концентрируется ббль-
шая часть подогревающего пламени. Тупой
угол поверхности «а» (нижняя кромка) омыва-
ется жидким шлаком и кислородной струей,
вследствие чего также оплавляется. Поэтому
лучше, “ели позволяет характер реза, распола-
гать резак таким обргзом, чтобы была исполь-
зована отрезанная часть с поверхностью «8».
§ 61. Техника резки
Рез должен начинаться у какой-либо кромки
изделия. При вырезке в изделии внутренних
частей в металле, идущем в отходы, следует
просверлить отверстие и от него начинать резку;
Рис. 80. Вид поверхностей (а, б) наклонного реза
91
chipmaker.ru
Рис. 81. Резка кромок одновременно двумя и тремя
резаками:
а — двумя резаками, б — тремя резаками
Длз подготовки скоса кромок под сварку
можно одновременно резать двумя или тремя
резаками, как это показано на рис. 81.
Если указанные виды резов выполняют дву-
мя или тремя резаками в одну операцию, то
резаки должны смещаться в направлении резки.
При расположении резаков в одной плоскости
возможно соприкосновение струй кислорода
и образование завихрений, а следовательно,
и ухудшение качества поверхности резов. Сме-
щение между резаками составляет несколько
сантиметров.
При ручной резке пользуются простейшими
приспособлениями: опорной тележкой для ре-
зака, циркулем, направляющими линейками
и др. (рис. 82).
Техника машинной резки. Поверхность раз-
резаемого металла должна быть чистой и рас-
положена горизонтально. При соблюдении этих
условий точность размеров вырезаемой детали
и качество поверхности реза будут наилучшими.
Поэтому перед резкой стальные листы подвер-
гают правке и очистке. Правку листов обычно
выполняют механическим способом: прокат-
кой на многовалковых листоправильных валь-
цах, растяжением на растяжных правильных
машинах. Проверку правленных листов про-
изводят измерением стрелы прогиба прямоли-
нейной стальной рейкой; между рейкой и лис-
том в местах прогиба виден просвет. Стрела
прогиба не должна превышать 3 мм на 1 м
длины.
Окалина, ржавчина и другие виды загрязне-
ний, мешающие резке, удаляют с поверхности
листа нагревом, механической зачисткой и хи-
мическими растворителями. Наиболее простым
способом очистки поверхности металла По ли-
нии реза является нагрев металла многопла-
менной горелкой или подогревающим пламе-
нем резака с последующей зачисткой поверх-
ности металлической щеткой.
Механическая очистка производится пнев-
матическими или электрическими машинками,
оснащенными стальными дисковыми щетками.
Химическая очистка выполняется травлени-
ем раствором соляной или серной кислоты с
последующей промывкой места травления хо-
лодной водой. Состав одного из растворов для
химического травления следующий: 20% соля-
ной кислоты (ГОСТ 1382—69), 5—10 г/л эмуль-
гатора ОП-7 или ОП-Ю. Время травления угле-
родистых сталей—1—1,5 ч.
Подготовка машины к работе
включает следующие операции: проверка ис-
правности машины внешним осмотром и пус-
ком ее на холостой ход; укладка листа; уста-
новка резака с заданным расстоянием от по-
верхности листа и в нужном положении; про-
гревание электронной части машины в течение
10 мин; установка копира, копир-чертежа или
Рис. 82. Приспособления к резаку:
а — для вырезки фланцев, б — для вырезки отвер-
стий, е — для резки труб, г — для пакетной резки
92
chipmaker.ru
перфоленты; регулирование давления кислоро-
да подогревающего и режущего пламени со-
гласно режиму резки; установка скорости резки
соответственно толщине разрезаемого листа.
Процесс резки. Резак с зажженным
пламенем располагают над местом начала реза;
после того как подогревающее пламя нагреет
поверхность металла (5—35 с при толщине
листа от 5 до 100 мм) до температуры начала
горения, включают подачу реж>щего кислоро-
да и после прорезания металла по всей толщине
включают электродвигатель перемещения ре-
зака. В процессе резки необходимо поддержи-
вать установленный режим резки.
При приближении резака к краю листа, в мо-
мент выхода струи режущего кислорода из
разреза (щели), резак необходимо задержать
на несколько секунд, так как из-за отставания
струи режущего кислорода нижний угол листа
может быть не прорезан. В случае резки не-
сколькими резаками это требование обеспечить
сложнее.
Проб ивка отверстий. Разделитель-
ная резка по контору внутри листа начинается
с пробивки отверстия. Машинным резаком мо-
жет быть пробито отверстие в листе толщиной
до 100 мм. Сначала разогревают подогреваю-
щим пламенем место пробивки до температуры
воспламенения металла в струе кислорода.
Затем постепенно открывают вентиль режущего
кислорода, одновременно опуская резак, и мед-
ленно увеличивают давление режущего кисло-
рода до оптимального. При работе на совре-
менных автоматизированных машинах (маши-
ны с программным и фотокопировальным уп-
равлением типов «Зенит», «Кристалл») пробив-
Рнс. 83. Последователь резки профильного проката:
а — уголка, б — двутавровой балки, в — швеллера
ка отверстий осуществляется специальными
устройствами, обеспечивающими плавное уве-
личение расхода режущего кислорода при мед-
ленном перемещении резака от точки пробивки
к контуру вырезаемой детали.
Пробивку отверстия производят вне контура
вырезаемой детали. Минимальное расстояние
от места пробивки отверстия до контура детали
устанавливается от 6 до 45 мм для металла тол-
щиной от 10 до 100 мм.
Обслуживание машины по
окончании работы. При прекращении
работы машины на непродолжительное время
(например, наладка для резки следующей де-
тали) подачу режущего кислорода перекрыва-
ют, а подогревающее пламя продолжает гореть.
При продолжительном перерыве (более 5 мин)
гасят также и подогревающее пламя. При дли-
тельных перерывах (например, перерыв на обед,
конец смены) все газовые вентили перекрывают
и машину отключают от электросети, ходовую
часть (в стационарной машине) застопоривают.
Перец окончанием рабочего дня машину и рель-
созый путь необходимо протереть чистым обти-
рочнь(м материалом.
§ 62. Приемы резки
Кислородную резку применяют не только
для Получения заготовок из листа, но и из про-
фильного проката и труб.
Резка уголка выполняется так, как показано
на рис. 83, а. После того как будет прорезана
одна полка, резак разворачивают и устанавли-
вают перпендикулярно второй полке.
Порядок резки двутавровой балки показан
на рис. 83, б. При подходе резака к вертикаль-
ной стойке балки скорость резки следует умень-
шить, чтобы полностью прорезать стойку.
При резке швеллера (рис. 83, в) резак можно
располагать как со стороны внутренней, так и
наружной поверхности швеллера.
Заготовку из стали квадратного сечения на-
чинает резать с угла (рис. 84, а). После нагрева
угла до температуры воспламенения головку
резакц переводят в вертикальное положение и
начинают резку. В конце "резки, чтобы в первую
очередь прорезать нижний угол, резак наклоня-
ют нц 5—Ю° в сторону, противоположную на-
правлению резки.
Процесс резки круглой заготовки понятен
из рис. 84, б. При перемещении резака расстоя-
ние между концом мундштука и поверхностью
93
chipmaker.ru
Рис. 85. Схема роликового стенда для резки труб:
I — резак, 2 — труба, 3 — опорные ролики
Ряс. 84. Приемы резки прутков различного профиля:
а — квадратного, б — круглого, в — безоставочная
резка нескольких прутков; 1—б — последователь-
ность резки
разрезаемой заготовки следует выдерживать
постоянным.
Повысить производительность резки прут-
•ов можно, применяя безостановочный процесс
(рис. 84, в). В местах перехода на каждый по-
следующий пруток следует наклонять резак в
сторону, обратную направлению резки.
Резку труб приходится выполнять, особенно
в монтажных условиях, во всех положениях;
при этом качество резки получается различное.
Желательно для резки труб, главным образом
больших диаметров, применять роликовые стен-
ды (рис. 85) с приводными или неприводными
роликами.
Большую роль играет качество резки при
подготовке торца трубы под сварку; в этих слу-
чаях’ надо применять разметку, используя для
этого ленту из тонкого гибкого материала
21. Режимы резки пакета
Толщина листов, мм Число листов в пакете, шт. Давление режущего кислорода, кгс/см2 Скорость резки, мм/мин
4 15 1,0—1,1 200
6 12 1,1—1,2 180
10 8 1,2—1,4 165
12 6 1,2—1,4 180
16 6 1,2—1,4 165
20 4 1,2—1,4 165
24 3 1,2—1,4 180
30 3 1,3—1,5 . 160
60 2 1,4—1,7 150
(жесть, картон и др.). Лентой обертывают тру-
бу и по ее краю ме гом наносят линию резки.
Для загоговги большого количества оди-
наковых деталей применяют пакетную резку,
сущность которой заключается в том, что не-
сколько листов собирают в пакет, зажимают
по контуру струбцинами и производят резку
этого пакета за один проход резака. Пакетной
резке поддаются углеродистые стали с содер-
жанием углерода до 0,4% и низколегированные
с содержанием углерода до 0,25%. Режимы па-
кетной резки приведены в табл. 21.
94
chipmaker.ru
Резка стали большой толщины (более
300 мм) выполняется специальными резаками
(см. § 54) на пониженном давлении кислорода.
В начале резки резак устанавливается с неболь-
шим наклоном (2—3°), как показано на рис. 86.
Скорость перемещения резака должна быть
достаточной для прогревания нижних слоев
металла, иначе процесс резки может прекра-
титься. Слишком большая скорость может при-
• .ста к «непрорезу». После того как резак прой-
22. Режимы резки стали больших толщин
Толщина разрезаемой стали, мм Диаметр вы- ходного канала сопла режущего кислорода» мц Давление кисло- рода перед реза- ком, кгс/см3 Расход, м’/ч Скорость резки, мм/мин Расстояние от конца мундштука до поверхностж металла, мм
кислорода ацетилена
200 5 0,6—0,8 35 3 140—180 15-20
300 6 1,2—1,6 45 4 120—150 71k—
400 7 1,2—1,7 60 5 100—130 25—40
500 9 1,2—1,6 80 6 90—110 30—50
600 8 * 1,6—2,2 100 7 60—80 35—60
700 9 1,5—2,1 130 8 50—65 40—65
800 9 1,9—2,5 260 9 50—6Q 45—70
1000 12—14 2—2,5 300 11 40—50 50—75
§ 63. Деформации при кислородной резке
Как при сварке, так и при резке возникают
деформации в вырезанном элементе и металле,
лгущем в отходы. Деформации выражаются в'
изменении формы и размеров элемента по срав-
нению с намеченными до резки.
Деформации в плоскости листа выражаются
в виде укорочения, удлинения или изгиба эле-
мента. В зависимости от размеров вырезаемых
элементов изгиб может быть вогнутым или
выпуклым. Вырезанное элементы больших раз-
меров имеют, как правило, вогнутый изгиб
(рис. 87). Элементы малой ширины (до 100 мм)
будут иметь выпуклый изгиб.
Способами борьбы с деформациями при
Кислородной резке являются: рациональная
технология резки, применение жесткого закреп-
ления концов реза; предварительный подогрев
2
Рис. 87. Схема деформирования заготовки при резке:
а — последовательность вырезки, б — вырезанная
заготовка, f — стрела прогиба
дет довольно большой путь по верхней плоско-
сти металла, начнется сквозное прорезание.
В конце резки необходимо несколько наклонить
резак в сторону, обратную направлению его
движения, чтобы сначала прорезать нижнюю
часть заготовки. Чтобы увеличить длину подо-
гревающего пламени, его устанавливают с не-
которым избытком ацетилена. Режимы резки
стали большой толщины приведены в табл. 22.
вырезаемого элемента, применение искусствен-
ного охлаждения и д(>.
В рациональную технологию резки входит
правильный выбор начала резки, установление
правильной последовательности резки, выбор
наилучшего режима резки, в частности, не сле-
дует применять слишком мощного подогреваю-
щего пламени, вырезать заготовки не из целого
листа, а из предварительно нарезанных карт.
Величина стрелы изгиба вырезаемой поло-
сы прямо пропорциональна погонной тепловой
Рис. 88. Изгиб вырезаемых полос с различней ши-
риной:
1 — прокатный лист, 2 — полоса шириной et и С
изгибом f, 3 — полоса шириной в2 и с изгибом /
95
chipmaker.ru
a)
Рис. 89. Порядок вырезки деталей внутри листа:
а — последовательность резки, б — форма вырезан-
ной детали
энергии, применяемой при резке, квадрату дли-
ны реза и обратно пропорциональна квадрату
ширины вырезаемой полосы (рис. 88).
Погонной тепловой энергией
называется количество тепла, вводимого при
резке в металл вырезаемой детали (полосы),
приходящегося на сантиметр длины реза. Тепло
в вырезаемую полосу вводится подогреваю-
щим пламенем и от сгорания стали.
Скорость резки влияет на величину погонной
тепловой энергии: чем выше скорость резки,
тем меньше погонная тепловая энергия, следо-
вательно, тем меньше величина деформации.
Стрела прогиба отрезанной полосы нахо-
дится в квадратичной зависимости от длины
реза. Например, если стрела прогиба вырезан-
ной полосы длиной 1000 мм равна 1 мм, то при
длине полосы, равной 2000 мм, стрела прогиба
составит 4 мм.
Ширина вырезаемой полосы характеризует
жесткость металла, от которой зависит дефор-
мация при резке. Допустим, что внутри боль-
шого листа требуется вырезать деталь прямо-
угольной формы (рис. 89, а). Первый рез внутри
большого, а значит, и максимально жесткого
листа, как правило, вызывает меньший прогиб
по сравнению с прогибами, которые получатся
на других сторонах прямоугольника. Это объ-
ясняется тем, что первый рез происходит при
наибольшей жесткости как самого листа, так
и вырезаемого прямоугольника. Последующие
резы по сторонам прямоугольника выполня-
ются при уменьшенной жесткости (защемлен-
ности) металла. Поэтому при вырезке деталей
из большого листа сначала режут по тем сто-
ронам детали, которые имеют наименьший
припуск на механическую обработку кромки
или которые имеют большую длину.
При резке по разметке деформация (изгиб)
детали происходит без изменения ее ширины.
Резка без разметки (например, на машинах с
программным управлением) может привести к
изменению ширины вырезаемых деталей в свя-
зи со смещением машинного резака (теорети-
ческая линия реза не совпадает с фактической).
При машинной вырезке деталей следует
применять непрерывную резку «напроход» по
всему периметру детали одновременно несколь-
кими резаками.
При вырезке полос из большого листа од-
ним резаком они будут иметь различный про-
гиб (рис. 90). Это объясняется разной степенью
защемления (жесткости) разрезаемого листа
при вырезке каждой очередной полосы.
Вырезка полос из большого листа одновре-
менно двумя параллельными резаками приво-
дит к постоянной деформации каждой полосы
(рис. 91).
Величина прогиба вырезаемой полосы об-
ратно пропорциональна квадрату ее ширины.
Рис. 90. Схема деформации заготовок при резке од-
ним резаком:
а — разрезаемый лист, б — вырезанные заготовки;
1-г-9— последовательность резки
Ю
Рис. 91. Схема деформации заготовок при резке дву-
мя резаками:
а — разрезаемый лист, б — вырезанные заготовки;
1 н 2 — одновременная резка первым и вторым
резаком
96
chipmaker.ru
Рис. 92. Схема резки с зацеплениями (перемычками):
а — резка полос; 1—6 — вырезаемые полосы,
7,8 — перемычки, вырезаемые в конце; б — вырез-
ка круглой заготовки
Например, если увеличить ширину полосы в
два раза, то величина стрелы прогиба умень-
шится в четыре раза.
Защемлением концов реза (рис. 92) можно
снизить деформации по кромкам. Первоначаль-
но выполняют продольные резы, не доводя их
до конца, а затем — поперечные; тогда выре-
занные полосы будут иметь примерно одинако-
вую по величине деформацию. Эти непроре-
занные участки между соседними частями листа
называют перемычками. Перемычки вы-
полняют также и при вырезке фигурных деталей
(рис. 92. 6).
Уменьшать деформации можно предвари-
тельным подогревом места вырезки детали,
что приводит к более равномерному охлажде-
нию металла. Этот способ рекомендуют для
вырезки мелких и тонких деталей. Металл подо-
гревают до температуры 300—500°C. Подогрев
желателен также для трудно разрезающихся и
склонных к образованию закалочных микро-
структур сталей.
Уменьшения деформаций достигают также
непрерывным охлаждением струей воды зоны
термического влияния.
Чтобы не образовались деформации вне
плоскости листа, нельзя допускать провисания
его под действием нагрева при резке. Поэтому
резку надо выполнять на стеллажах с большим
числом опор.
§ 64. Качество кислородной резки
Качество резки определяется точностью рез-
ки и качеством поверхности реза.
Точность резки характеризуется отклоне-
ниями линии реза от заданного контура. Наи-
меньшие отклонения линии реза от заданной
будут при резке на машинах с программным,
фотоэлектронным и электромагнитным управ-
лением; величина отклонений будет возрастать
при резке на машинах с ручным управлением
или переносными машинами. Наибольшие от-
клонения получаются при ручной резке без на-
правляющих приспособлений. Величина откло-
нений зависит также от длины, толщины, со-
стояния поверхности листа, формы вырезаемой
заготовки, квалификации резчика.
Качество реза характеризуется неперпенди-
кулярностью и шероховатостью его поверхно-
сти, равномерностью ширины реза по всей тол-
щине листа, наличием подплавления верхней
кромки и грата на нижней кромке (рис. 93, а).
При машинной резке ширина реза в зависимо-
сти от толщины металла составляет:
Толщина ме-
талла, мм .5—15 15—30 30—60 60— 100
100 150
Ширина реза,
мм .2—2,5 2,5—3 3—3,5 3,5— 4,5—
4,5 5,5
Неперпендикулярность поверхности реза об-
разуется при изменении угла наклона резака к
поверхности листа, а также от расширения ре-
жущей струи кислорода.
Шероховатость поверхности реза определя-
ется количеством и глубиной бороздок, остав-
ляемых режущей струей кислорода (рис. 93, в).
Бороздки обычно имеют криволинейное очер-
тание из-за отставания Д от оси мундштука
режущей струг, кислорода (рис. 93, б). Оно выз-
вано запаздыванием горения металла в ниж-
Рис. 93. Параметры реза:
а — поперечное сечение реза, б — вид поверхности
реза, в — вид сверху вдоль реза, Шв — ширина реза
вверху, Шн — ширина реза внизу, f — неперпенди-
кулярность реза, е — глубина бороздок, Д — отста-
вание, т — радиус оплавления верхней кромки
97
chipmaker.ru
них слоях листа ввиду загрязненности струи кис-
лорода аргоном, азотом, невозможностью по-
догрева пламенем нижних слоев металла и рас-
ширением струи кислорода. Чем меньше чисто-
та кислорода, тем значительнее отставание бо-
роздок и увеличение ширины реза в нижней час-
ти листа. Величина отставания при резке также
зависит от конструкции мундштука и давления
режущей струи кислорода. Мундштуки с рас-
ширяющимся соплом при низком давлении
кислорода способствуют увеличению длины
подогревающего пламени и уменьшению отста-
вания бороздок при резке. Обычно отставание
составляет от 1 до 15 мм при прямолинейной
резке листов толщиной от 5 до 200 мм.
Глубина бороздок зависит от давления кис-
лорода, скорости резки, равномерности пере-
мещения резака и состава горючего. Более чис-
тая поверхность реза достигается при исполь-
зовании природного'газа, водорода, чем аце-
тилена.
Величина оплавления кромок находится в
прямой зависимости от мощности подогреваю-
щего пламени и в обратной — от скорости
резки. ГОСТ 14792—69 устанавливает три клас-
са качества поверхности при машинной резке:
1-й класс — высший, 2-й класс — повышенный,
3-й класс — обычный. Для каждого класса уста-
новлены предельные допуски на неперпендику-
лярность поверхности и на шероховатость,
а также на отклонение от линии реза.
Допускаемая величина пеперпендикулярности, мм
Толщина разрезаемых „
листов . . . . . . . . 5—15 15—30 30—50
1-й класс 0,2 0,3 0,4
2-й класс , . . 1,0 1,2 1,6
3-й класс 1,2 1,6 2,0
Допускаемая глубина бороздок, мм
Толщина разрезаемых
листов . , 5—15 15—30 30—50
1-й класс 004 0,08 0,16
2-й класс 0,08 0,16 0,32
3-й класс 0,16 0,32 0,64
Допуски па отклонение от ЛЯНИИ реза, мм
Длина листов, мм до 630 630- - 2000— 2500—
2000 2500 4000
1-й класс 0,9 1,0 1,1 1,1
2-й класс 1,4 1,5 1,8 2,0
3-й класс 2,0 2,3 2,5 2,5
Контрольные вопросы
1. Объясните, почему алюминий й его сплавы не
режутся кислородом?
2. Каковы условия кислородной резки углеродис-
тых и низколегированных сталей?
3. Перечислите параметры режима кислородной
резки.
4. Какие способы борьбы с деформациями при кис-
лородной резке Вы знаете?
5. По каким признакам определяют качество резки?
chipmaker.ru
ГЛАВА
XIV
АППАРАТУРА И ТЕХНОЛОГИЯ
КИСЛОРОДНО-ФЛЮСОВОЙ
РЕЗКИ
§ 65. Сушчосгь процесса и аппаратура для резки
В процессе кислородной резки металл сго-
рает при температуре, которая ниже темпера-
туры его плавления. Если температура плав-
ления образующихся при горении окислов бу-
дет выше температуры плавления металла, то
обычная кислородная резка таких металлов
становится невозможной. Например, при резке
хромистых сталей образуются окислы хрома с
температурой плавления 2270°С, тогда как хром
плавится при температуре 1903 °C. То же отно-
сится к никелю (.1985 и 1452°С) и другим ме-
таллам.
Тугоплавкая пленка окислов исключает кон-
такт между подогретым до температуры вос-
пламенения металлом и кислородной струей.
Увеличивается отвод тепла соседними участ-
ками металла, струя кислорода охлаждает мес-
то реза и процесс резки прекращается.
К металлам, при окислении которых обра-
зуется тугоплавкая пленка, относятся корро-
зионностойкие (нержавеющие), жаростойкие
(окалиностойкие) и жаропрочные стали, чугу-
ны, медь, сплавы меди и др.
Для успешной кислородной резки этих ме-
таллов необходимо обеспечить расплавление
и перевод в шлак образующихся тугоплавких
окислов. Это возможно осуществить за счет
дополнительного нагрева места реза от сгора-
ния флюса.
Сущность кислородно-флюсовой резки за-
ключается в том, что к месту реза (в щель реза)
вместе с режущим кислородом и подогреваю-
щим пламенем вводится порошкообраз-
ный флюс.
Флюс, подаваемый в зону резки, выполняет
две функции: тепловую и абразивную. Тепловое
действие флюса состоит в том, что он сгорает
в щели реза, вследствие "чего повышается тем-
пература места реза, тугоплавкие окислы ста-
новятся жидкотекучими и под действием силы
тяжести и давления кислородной струи без за-
труднений удаляются. С помощью флюса уда-
ется разрезать металл толщиной до 50С мм.
Вдуваемый флюс образует в щели реза шлак из
продуктов горения. Этот шлак передает свое
тепло нижним слоям разрезаемого металла,
нижние слои металла дополнительно подогре-
ваются до температуры воспламенения и глу-
бина реза возрастает.
Сущность абразивного действия флюса со-
стоит в том, что его частицы, имеющие боль-
шую скорость, ударным трением стирают с по-
верхности реза тугоплавкие окислы.
Составы флюсов. Для выделения дополни-
тельного количества тепла при резке в качестве
флюса применяют в основном железный поро-
шок. При сгорании железного порошка образу-
ются легкоплавкие окислы железа, которые,
сплавляясь с окислами поверхностной пленки,
образуют более легкоплавкие шлаки, которые
относительно легко удаляются из зоны реза.
Устойчивый процесс резки нержавеющих
стадей протекает при содержании в железном
порошке углерода до 0,4% и кислорода (в виде
окислов) до 6%. Повышение содержания угле-
рода и кислорода в железном порошке снижает
температуру в зоне реза и ухудшает качество
его поверхности, увеличивая расход порошка.
В соответствии с ГОСТ 9849—74 применяют
пять марок железного порошка: ПЖ 1, ПЖ 2,
ПЖ 3, ПЖ 4 и ПЖ 5, содержащие соответст-
венно железа не менее 98,5; 98,0; 98,0; 96,0;
94,0; остальные примеси: углерод, кремний,
марганец, сера и фосфор.
Кроме железного порошка, применяют раз-
личные смеси его с другими компонентами.
Например, при резке хромоникелевых сталей
наибольшую эффективность получают при до-
бавлении к железному порошку 10—15% алю-
миниевого порошка. При сгорании этой смеси
в кислороде образуются легкоплавкие шлаки с
температурой плавления менее 1300°C. Легко
сдувается при поверхностной резке шлак, если
в железный порошок добавлять до 20% силико-
кальция (23—31% Са, 62—59% Si, 1,5—3% Al
и др.).
Порошки пропускают через сита. При этом
количество частиц мельче 0,07 мм не должно
превышать 10%, а частиц крупнее 0,28 мм — 5%.
Большое количество крупных частиц может
привести к неравномерному поступлению флю-
са в резак.
99
chipmaker.ru
Рис. 94. Схемы установок для кислородно-флюсовой резки:
а — с внешней подачей флюса, б — с однопроводной подачей флюса, в — с механической подачей
флюса; 1 — газофлюсовая смесь, 2 — флюс, 3 — флюсонесущий газ, 4 — кислородно-флюсовая
смесь, 5 — режущий кислород
Флюс, выполняющий только абразивное
действие, представляет собой кварцевый песок
или смесь кварцевого песка с мраморной крош-
кой. Эти флюсы не получили промышленного
применения по двум причинам: низкая произ-
водительность процесса резки и обильное вы-
деление кварцевой пыли, которая может вы-
звать заболевание силикозом.
Аппаратура для резки. Применяются три
схемы установок для кислородно-флюсовой
резки: с внешней подачей флюса, с однопровод-
ной подачей флюса под высоким давлением и
с механической подачей флюса (рис. 94).
По схеме с внешней подачей флюса
(рис. 94, а) железный порошок струей кисло-
рода подается из бачка флюсопитателя к ре-
заку, имеющему специальную оснастку. Из от-
верстий этой оснастки газофлюсовая смесь
засасывается струей режущего кислорода и
вместе с ним поступает в зону резки. По этой
схеме работают установки УРХС-4 (установка
резки хромистых сталей, модель 4), УРХС-5
и УРХС-6 конструкции ВНИИавтогенмаш.
По схеме с однопроводной подачей
(рис. 94, б) флюс из бачка флюсопитателя ин-
жектируется (засасывается) непосредственно
струей режущего кислорода. Смесь флюса с
режущим кислородом по рукаву подводится к
резаку и через центральный канал мундштука
поступает к разрезаемому металлу. По этой
схеме в промышленности работает установка
УФР-2 (установка флюсовой резки, модель 2)
конструкции МВТУ им. Н. Э. Баумана.
По схеме с механической подачей (рис. 94, в}
из бачка флюсопитателя флюс подается с по-
мощью шнекового устройства к головке резака,
откуда засасывается струей режущего кисло-
рода. По этой схеме разработаны установки на
заводе «Красный Октябрь» и Златоустовском
металлургическом заводе.
Основными узлами каждой установки для
кислороднО-флюсовой резки являются флюсо-
питателъ и резак.
Флюсопитатели подразделяются на пневма-
тические и с механической подачей.
Пневматическая подача флюса осуществля-
ется инжекторным или циклонным (вихревым)
устройством, к которому поступает кислород,
воздух или азот, увлекающий флюс к резаку.
Механическая подача порошка от флюсо-
питателя до резака осуществляется шнековым
устройством со шлангами и трубками.
Резаки для кислородно-флюсовой резки от-
личаются от резаков, для кислородной резки
тем, что они имеют дополнительные узлы для
подачи флюса. Применяются резаки с подачей
флюса по центральному каналу резака и с внеш-
ней подачей флюса. Универсальные резаки
имеют сменные мундштуки.
Резак РАФ-1-65 (рис. 95), входящий в состав
установки УРХС-5, состоит из серийного руч-
ного резака «Пламя», укомплектованного спе-
циальной оснасткой.
Рис. 95. Резак РАФ-1-65 для кислородно-флюсовой
резки
100
chipmaker.ru
Оснастка, показанная на рис. 95, может при-
меняться для любой конструкции серийных
резаков, включая керосинорез РК-71.
Она состоит из колодки 2 с тройником 1,
соединенных трубками. В колодке установлены
сменные втулки 3 под углом 25° к оси мунд-
штука. Через эти втулки подводится газофлюсо-
вая смесь. К оснастке относится также порош-
ковый вентиль 4, предназначенный для включе-
ния и выключения подачи флюса.
Установка с внешней подачей флюса
УРХС-5 обеспечивает более высокую (в 1,5—
3 раза) производительность резки и сокращение
расхода флюса (в 1,5—4 раза) по сравнению с
установкой, работающей по схеме с однопро-
водНой подачей флюса (УФР-2).
§ 66. Технология резки
При резке высоколегированных сталей сле-
дует учитывать, что содержащиеся в них леги-
рующие элементы по-разному влияют на раз-
резаемость и на свойства металла в зоне реза.
Хром образует карбиды, которые выпа-
дают по границам зерен в интервале темпера-
тур 400—800°С, что приводит к уменьшению
антикоррозионной стойкости. Процесс образо-
вания карбидов хрома зависит от продолжи-
тельности выдержки при указанных темпера-
турах. Сталь, содержащая хром, обладает так-
же способностью к самозакаливанию и повыше-
нию твердости. При резке хромистых сталей
большой толщины зона нагрева их у поверх-
ности имеет большую ширину.
Никель окисляется слабо. Хромистые
стали с содержанием не более 2% никеля обла-
дают увеличенной прокаливаемостью, что мо-
жет вызвать образование трещин на кромках.
Марганец, наоборот, хорошо окисля-
ется. При содержании марганца до 2Z резка
стали не требует специальных приемов, но при
высоком содержании марганца твердость ме-
талла на кромках значительно повышается.
Кремний, содержащийся в небольших
количествах, не препятствует резке. С увеличе-
нием содержания кремния процесс резки стали
замедляется.
Молибден, алюминий, воль-
фрам, содержащиеся в стали, вызывают по-
вышение твердости и хрупкости. Стали с этими
легирующими элементами после резки требуют
термической обработки.
Титан и ниобий, обладающие боль-
шим сродством к углероду, при высоких темпе-
23. Режимы резки высоколегированных сталей
на установке УРХС-5
Параметры 10
Скорость, мм/мин 760
Расход кислоро- да, м3/м 0,18
Расход ацетиле- на, л/м 17
Расход железно- го порошка, кг/м 0,20
Толщина, мм
30 50 100 150 200
490 400 300 260 230
0,50 0,80 1,50 1,90 2,75
30 40 60 95 130
0,30 0,38 0,50 1,15 1,30
ратурах образуют карбиды титана и ниобия и
устраняют межкристаллитную коррозию хро-
моникелевых сталей. Стали, содержащие титан
и ниобий, не требуют термической обработки
после резки.
Режимы резки. Давление кислорода
не должно превышать определенной величины,
так как при слишком большом давлении увели-
чиваются потери флюса и возрастает ширина
реза. Давление режущего кислорода при резке
нержавеющей стали Х18Н10Т толщиной от 10
до 100 мм составляет 5—7 кгс/см2.
Расход флюса. Очень малый расход
флюса может привести к непрорезанию метал-
ла; при чрезмерном расходе флюса происходит
перегрев металла и, увеличение ширины реза.
При прямолинейной резке расход флюса мень-
ше, чем при фасонной. Расход флюса для резки
приведенной выше стали составляет: для пря-
молинейной —0,16—0,46 кг/м, для фасонной —
0,26—0,74 кг/м.
Скорость резки должна быть выбра-
на так, чтобы было обеспечено хорошее каче-
ство поверхностей кромок, без значительного
отставания. Скорость перемещения резака со-
гласовывается с количеством подаваемого кис-
лорода и флюса. Для указанной выше стали
скорость для прямоугольной резки равна 270—
760 мм/мин, для фасонной —170—475. мм/мин.
Ширина резки зависит от толщины
разрезаемого металла. Для высоколегирован-
ных сталей толщиной от 5 до 200 мм ширина
реза составляет при ручной резке от 5 до 13 мм,
машинной — от 3,5 до И мм.
Режимы резки высоколегированных сталей
на установке УРХС-5 с внешней подачей флюса
приведены в табл. 23.
101
chipmaker.ru
§ 67. Техника резки на установке УРХС-5
Порошок от флюсопртателя ФПР-1-65 по-
дается к резаку по рукаву с внутренним диамет-
ром 6 мм и длиной не более 10 м. .Флюс должен
быть сухой. Повышенный расход флюса сни-
жает скорость резки и увеличивает ширину реза.
Малый расход флюса замедляет резку из-за
недостаточного количества теплоты, выделив-
шейся в зоне реза.
Расстояние между торцом резака и разре-
заемым металлом при толщине его до 100 мм
должно быть 25 мм для предварительно подо-
гретого металла, при большей толщине расстоя-
ние составляет 40—60 мм.
Для зажигания горючей смеси применяют
те же приемы, что и при резке низкоуглеродис-
той стали универсальным резаком. Вентиль
подачи флюса на резаке открывают после за-
жигания подогревающего пламени. Продолжи-
тельность подогрева металла перед началом
резки значительно меньше, чем при обычной
кислородной резке, и составляет для листа тол-
щиной 10 мм —15 с, а для листа толщиной
90 мм —120 с.
Резчик во время процесса резки следит
за движением резака, регулирует подачу флюса
и давление режущего кислорода и выдерживает
оптимальное расстояние между резаком и раз-
резаемым металлом.
Контрольные вопросы
1. Назовите области применения кислородно-флю-
совой резки.
2. Какие рекомендуются составы флюсов для резки?
3. Какая применяется аппаратура для кислородно-
флюсовой резки?
ГЛАВА XV
ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ
И ДРУГИЕ ВИДЫ
ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ
Chipmaker.ru
§ 68. Плазменно-дуговая резка
Получение плазменной дуги. Если в электри-
ческую дугу направить поток какого-либо газа,
пропуская его через небольшое отверстие
плазмообразующего сопла .(рис. 96), то столб
дуги будет сжат, причем образовавшаяся плаз-
ма представляет собой сильно концентриро-
ванный источник тепла с высокой температурой,
достигающей 20.000—30 000°С. Газ, сжимаю-
щий столб дуги, называют плазмообразующим.
В качестве плазмообразующих газов приме-
няют либо одноатомные газы (например, ар-
гон), либо двухатомные (водород, азот). При-
меняют также смеси двух или нескольких газов
и воздух.
0)
Рис. 96. Схема плазменной резки:
а — плазменной струей, б — плазменной дугой;
1 — разрезаемый лист, 2 — источник питания, 3 —
осциллятор, 4 — реостат, регулирующий вспомога-
тельную дугу, 5 — плазмотрон, б — плазменная
дуга, 7 — плазменная струя; в — установка для
резки: 1 — баллон с газом, 2 — источник питания,
3 — балластный реостат, 4 — плазмотрон
102
chipmaker.ru
Двухатомные плазмообразующие газы соз-
дают плазменную дугу с бблыпим выделением
тепла на аноде, чем одноатомные. Это объясня-
ется тем, что двухатомные газы передают
изделию больше тепла из столба дуги в резуль-
тате образования молекул газа с выделением
дополнительного тепла. Поэтому двухатомные
газы обеспечивают дугу с большей длиной,
но с более низкой температурой, чем одно-
атомные газы (аргон, гелий и др.).
Распределение температур плазменной дуги
с одноатомным газом (аргоном) при токе 400 А
и расходе газа 0,6 м3/ч показано на рис. 97.'
Сжатая дуга может быть аналогична сва-
рочной дуге прямого и косвенного действия.
В первом случае одним из электродов служит
обрабатываемый металл (рис. 96, б), во вто-
ром —дуга возбуждается между независимыми
от него электродами (рис. 96, а). Соответственно
принято называть сжатую дугу, полученную
по первой схеме, — плазменной дугой, а по
второй схеме — плазменной струей.
Для разделительной резки металлов более
целесообразно применять плазменную дугу,
так как установлено, что она имеет более высо-
кий к. п. д., а плазменная горелка менее подвер-
жена износу.
Плазменно-дуговая резка нашла широкое
применение при обработке тех металлов и
сплавов, которые не поддаются кислородной
резке: высоколегированные стали, алюминий,
титан и их сплавы, медь и др.
Плазменно-дуговая резка заключается
в проплавлении металла на узком участке по
линии реза и удалении расплавленного металла
струей плазмы, образующейся в дуге. Плаз-
менная дуга применяется главным образом
для разделительной резки.
Рис. 97. Распределение температуры в плазменной
струе при силе тока дуги 400 А и расходе аргона
0,6 м3/ч
Ряс- 98. Схема двойной дуги:
1 — Чатод, 2 — сопло, 3 — металл, 4 — столб режу-
щей сжатой дуги, 5 й б — столб двойной дуги на
участках наконечник (сопло) — металл и каТод —
Наконечник
Оборудование для плазменно-дуговой резки.
В комплект оборудования для плазменно-
дуговой резки входит резак (плазмотрон), пульт
управления процессом, источник питания дуги
электрическим током, баллоны с плазмообра-
зуюгцими газами и механизм для перемещения
плазмотрона вдоль линии реза.
Резак состоит из двух узлов: электродного
и соплового. Различают плазмотроны с осе-
вой и вихревой подачей плазмообра-
зуюгцего газа для сжатия дуги. Осевая подача
плазмообразующего газа применяется в широ-
ких Соплах. При вихревой подаче плазмообра-
зук щий газ вводят в зону катода и столба
по каналам, расположенным по касательной
к станкам дуговой камеры плазмотрона. При
этом в камере создается вихревой поток газа
со спиралеобразным движением. Вихревая пода-
ча п^азмообразующего газа обеспечивает пере-
мешивание газа в столбе дуги и равномерность
газовой оболочки вокруг столба.
При осевой подаче конец электрода (вольф-
рамовый стержень диаметром от 2 до 6 мм
и длиной до 100—150 мм) имеет форму заост-
ренного стержня с углом 20—30°, а при вихре-
вой-—на конце электрода имеются сменные
гильзовые катоды.
Для охлаждения плазмотронов применяют
воду, а в плазмотронах небольшой мощности —
сжатия воздух.
Вольфрамовым (или с примесью окислов
лантана, иттрия, тория) электрод применяется
для работы в инертных газах; при резке в окис-
103
chipmaker.ru
лительных газах электрод в зоне катода необ-
ходимо защищать неактивным газом.
Значительное применение находят режущие
плазмотроны с пленочными катодами.
Способностью образовывать пленку на катоде
обладают цирконий и гафний. При высоких
температурах окиснонитридная пленка, обла-
дающая электропроводностью, легко образу-
ется на поверхности катода. Такой катод мо-
жет- продолжительное время работать в окис-
лительной среде, например в сжатом воз-
духе.
Интенсивность износа катодных вставок и
электродов зависит от силы рабочего тока.
Чем больше сила тока, тем быстрее изнашива-
ется вставка. Для машинньи плазмотронов
с циркониевыми катодными вставками и про-
точной системой водяного охлаждения макси-
мальная сила рабочего тока равна 250—300 А.
При этом продолжительность работы катода
обычно не превышает 4—6 ч.
Большое значение в плазмотронах имеет
конструкция сопла. Чем меньше диаметр сопла
и больше его длина, тем выше концентрация
энергии, напряжение дуги и больше скорость
потока плазмы; дуга становится жесткой, ее
режущая способность увеличивается. Однако
диаметр и длина сопла обусловливаются силой
рабочего тока и расходом газа. Если диаметр
сопла очень мал или длина его очень велика,
может возникнуть так называемая двойная
дуга (рис. 98), при которой режущая дуга распа-
дается на две части: одна между катодом и
внутренней частью сопла, а другая — между
наружной поверхностью сопла и разрезаемым
изделием. Двойная дуга может гореть одно-
временно с режущей, но она существует непро-
должительное время и затем пропадает. Двой-
ная дуга действует вне зоны защитного газа
и от этого металл кромок загрязняется и под-
плавляется; двойная дуга может вывести из
строя сопло формирующего наконечника. Чаще
всего двойная дуга возникает в момент возбуж-
дения режущей дуги. Режущая дуга возбужда-
ется с помощью осциллятора или конденсатор-
ными устройствами. Для предотвращения
двойной дуги при зажигании режущей необхо-
димо плавно увеличивать рабочий ток. Это
достигается магнитным, тиристорным и дру-
гими устройствами.
Для плазменно-дуговой резки применяют
источники питания дуги постоянного тока с
крутопадающими вольт-амперными харак-
теристиками. При резке больших толщин
(больше 80 мм) применяют только специаль-
ные источники питания с повышенным напря-
жением холостого хода, например, типа
ИПГ-500 и др. (табл. 24).
Согласно ГОСТ 14935—69* выпрямители
для плазменно-дуговой резки должны иметь
напряжение холостого хода 180—500 В и ток
130—1000 А.
24. Источники питания для плазменно-дуговой резки
Параметры Преобразова- тель ПСО-500* Выпрямители
ВКС-500** ВДГ-500** ВПР-401 ИПГ-500 ВПР-602
Номинальная сила тока, А 500 500 500 400 500 630
Выпрямленное на- пряжение холостого хода, В 60—85 78 90 180 300 300
К. п. д„ % 59 74 75 86 80 92
Коэффициент мощ- ности 0,9 0,65 0,65 0,8 0,75 0,71
Режим работы ПВ, % 65 60 60 60 100 100
Масса, кг 530 385 396 1200 2000 2390
Габаритные разме- ры, мм 1105 х 580 х 870 х650 х 860 х 640 х 930 х 1025 х 1128х870х 1300х1235х
х920 х 1215 Х1235 х1390 Х1462 х 1515
* Возможно переключение обмоток для повышения напряжения.
'• Возможно переключение обмоток.
104
chipmaker.ru
Для плазменно-дуговой резки можно исполь-
зовать также и стандартные источники питания
сварочной дуги (некоторые из них приведены
в табл. 24). Так как напряжение плазмотронов,
как правило, больше напряжения холостого
хода этих источников, то надо два или три
источника соединять последовательно.
Машины для плазменно-дуговой резки по
принципу работы и конструкции механического
устройства не отличаются от машин для кисло-
родной резки. Аппаратура-для плазменно-дуго-
вой резки должна соответствовать ГОСТ
12221—71: Плр — для ручной резки; Плрм —
для ручной и машинной резки; Плм — для
машинной резки; Плмт — для машинной точ-
ной резки.
Ручная резка стали толщиной до 20 мм
при рабочем токе до 250 А производится.аппа-
ратоМ Плр-20/250.
Аппарат Плр-50/250 предназначен для резки
стали толщиной до 50 мм при рабочем токе
до 250 А. Средой является сжатый воздух,
азот, аргон, водород, смеси газов. Аппарат
имеет воздушное охлаждение, его удобно ис-
пользовать в цехе и при монтаже.
Резка стали толщиной 60—80 мм может
выполнятся аппаратом типа Плрм мощностью
до 50 кВт; сила тока — 400 А, напряжение
источника питания — 180 В. Повышенные нап-
ряжение и ток обеспечивают лучшее качество
реза и более высокую скорость резки. При
защите вольфрамового катода в качестве рабо-
чей Среды можно применять кислород.
Основные технические данные некоторых
аппаратов и машин приведены в табл. 25 и 26;
25. Технические данные аппараты! плазменно-дуговой резки
Тип аппарата Макси маль-1 ная толщина (алюминия), мм Максималь- ная сила тока, А Ра'бочий газ Напряжение холостого хода, В Скорость резки, м/мин Охлаждение.
Плм-10/100 10 100 Воздух, 220 Водяное
Плр-207250 20 250 Аргон, азот, водород 90 1,0 Воздушное
Плр-50/250 50 250 То же 180 1,0 »
Плм-60/30б 60 300 Воздух 300 4,0 Водяное
Плмт-50/400 50 400 Воздух и др. 400 »
26. Некоторые стационарные машины для плазменно-дуговой резки
Марка машины Тип по конструктив- ной схеме Тип по системе контурного управления Максималь- ная ширина разрезаемого листа, м Число резаков, шт. Область применения
«Днепр-2,5Пл4» «Юг-2,5Пл4» «Кристалл-2» СГУ-УВПР УПл-1,6/2Ф АСШ-4 Технология пл метрами режима л ются: диаметр сс плазменной дуги, Плазмообрйзуюп Портальный То же » Портально-кон- сольный То же Шарнирный азменно-дуговой р лазменно-дуговой шла, сила тока^ скорость резки и । 1ий газ выбирают Линейная Фотокопироваль- ная в масштабе 1:10 Цифровая про- граммная Магнитная Фотокопироваль- ная в масштабе 1 :1 Магнитная езки. Пара- теру резки явля- Ви напряжение жимы расход/газа? тым г по харак- в таб 2,5 2,5 2,5 2,0 2,0 1,0 оазрезаемо (бор режим плазменнс оздухом д л. 28. 1 1 1 1 1 го металла ( а резки. Орие -дуговой резт ля аппарата Прямолинейная резка Фигурная резка То же » » » табл. 27). ‘нтировочные ре- си металлов сжа- 1лм-60/300 даны
105
chipmaker.ru
27. Ьмбор плаэмообразуютего газа
м йгости от условий резки
Газ Разрезаемый металл
Воздух, кислород Азот технический Смесь: аргон техни- ческий водород Низкоуглеродистые и легированные стали Нержавеющие стали, медь, сплавы на медной основе Алюминий, алюминие- вые силаны
Максимальные допускаемые толщины ме-
талла, разрезаемого плазменной дугой, даиы
в табл. 29.
Плазменно-дуговую резку целесообразно
применять главным образом на машинах, так
как высокие скорости резки сильно затрудняют
управление процессом. Например, сталь тол-
щиной 1,5 мм аппаратом мощностью 50 кВт
режется со скоростью 20 М/мин, а сталь толщи-
ной 10 мм — со скоростью 3—4 м/мин. С уве-
личением электрической мощности плазмы ско-
р<м-ч. ре чки еще больше возрастает. Современ-
*.Я П»Т ч>.» 1ЧИ П1ЧЧЧ1 '|.И1ЧМ|||Р'И (И')КИ чипового металла
аппаратом Плм-60/300
Толщина разрезаемого меганпя, мм Диаметр сопла, мм Сила тока, А Напряжение, В Расход сжато- го воздуха, п/мин Скорость резки, м /мин Средняя ширина реза, мм
6—15 3,0 300 Н гзкоуг леродиста я 160—180 гталь 40—60 5,0—2,5 3,0
. 40—60 3,0 300 160 - 180 40—60 0.8—0,3 5,0
5 15 2,0 120 -200 А. тюминий и его сп - 170 180 лавы 70 2,0—1,0 3,5
30—50 3,0 280 - 300 170 190 40—50 1,2-0,6 5,5
10 3,0 300 .Медь 160—180 40—60 3,0
60 3,5 300 160—180 40—60 0,4 —
Примечание.
Диаметр вольфрамового катода равен диаметру формирующего сопла
ные плазмотроны имеют электрическую мощ-
ность 150 кВт и более; толщина разрез' :мых
листов достигает 100 мм.
Экономически целесообразна плазменно-
дуговая резка стали толщиной до 50 мм. Техни-
ческие трудности ограничивают толщину выре-
заемых заготовок с одновременным снятием
кромок под сварку до 30 мм.
29. Допускаемые максимальные толщины, мм,
металлов, разрезаемых плазменной дугой
Рабочее напряжение, В Низко- углеро- дистая сталь Нержаве- ющая сталь Медь Латунь, бронза Алюми- ний, лег- кие спла- вы
70—80 90—110 120—140 30 70 90 40 70 90 15 50 80 30 70 90 " 40 80 100
§ 69. Дуговая резка
Дуговая резка может выполняться дугой,
горящей под флюсом, стальными покрытыми
электродами и с участием какого-либо газа'.
Хорошее качество и более высокую произво-
дительность, чем другие способы, обеспечивает
автоматическая дуговая резка проволокой мар-
ки Св-08 под флюсом, например, марки АН-348.
При использовании проволоки диаметром 4 мм,
напряжении дуги 42—44 В и рабочем токе
1200 А режут сталь толщиной 20 мм со ско-
ростью 30 м/ч.
Стальными покрытыми электродами можно
резать сталь толщиной до 15 мм, а угольными
электродами — до 100 мм при рабочем токе
порядка 1000 А.
При газодуговой резке дуга расплавляет
металл, а струя газа удаляет его из зоны реза.
106
chipmaker.ru
В качестве газа употребляют сжатый воздух,
азот;' кислород, аргон и их смеси.
Аргонодуговую резку неплавящимся
электродом целесообразно применять для обра-
ботки листов толщиной до 5 мм из алюминия,
меди и их сплавов, нержавеющей стали и других
металлов.
Для ручной кислородио-дуговой резки
ВНИИавтогенмаш предложил специальный ре-
зак РГД-1-56. Режимы кислородно-дуговой рез-
ки низкоуглеродистой стали стальными элект-
родами следующие:
Толщина стали, мм 10 30 50
Диаметр электрода, мм .455
Ток, А .................... 160 220 260
Скорость резки, мм/мин 520 360 200
Расход кислорода,
дм3/пог. м .......... 100 250 400
Воздушно-дуговая резка неплавящимся
электродом основана на плавлении металла
по линии реза дугой, горящей между угольным
или графитизированным электродом и разре-
заемым листом при непрерывном удалении
жидкого металла струей сжатого воздуха. Этот
способ применяют для разделительной и по-
верхностной резки, осуществляемой с помощью
резака, например, РВД-4А-66 или РВД-1; для
механизированной поверхностной резки реко-
мендуется полуавтомат ПВД-2-67. Эта аппа-
ратура разработана ВНИИавтогенмашем.
Техническая характеристика полуавтомата
ПВ Д-2-67 следующая:
Ток А................................. до 600
Глубина канавки, мм .................. до 15
Диаметр омедненного угольного
электрода, -мм................. 6—16
Давление воздуха, кгс/см2 4—6
Расход воздуха, м3/ч................... 30
Количество выплавляемого металла,
кг/ч..................... . 20
Скорость резки, мм/мин . .. . *250—1200
Масса головкн, кг 3,5
Дуговая резка вращающимся сталь-
ным диском осуществляется следующим
образом. К стальному диску и разрезаемому
металлу подводится электрический ток. При
соприкосновении вращающегося диска с разре-
заемым металлом возникает дуга, которая
оплавляет металл, выбрасывает его из места
реза. В производственных установках употреб-
ляют стальные диски диаметром до 500 мм
и толщиной 4—6 мм. Диск вращается со ско-
ростью около 40 м/с. Для охлаждения диска
применяют сжатый воздух давлением до 5 ат
Источником питания дуги служит любой пони-
жающий трансформатор мощностью до 30 кВт
с напряжением холостого хода 10—30 В. Про-
изводительность резки пропорциональна мощ-
ности источника питания. Зона термического
влияния на кромках разрезанного металла
составляет до 1 мм. Износ рабочей кромки
стального дискового электрода не превышает
2% от массы удаленного металла. При исполь-
зовании электродов, армированных вставками
из стойко.» о сплава, износ уменьшается до 20 раз.
В настоящее время разработан новый вид
резки (газолазерная) стальных листов толщиной
до 15 мм и более, заключающийся в том, что
вместе со струей кислорода на металл направля-
ется мощный световой луч лазера (квантового
генератора)
При этом ширина реза может достигать
0,3 мм.
§ 70. Подводная резка
Для разъединения металлических частей в
подводных условиях наибольшее применение
нашли ручная электрокислородная и бензо-
кислородная резка. Кроме этих способов, под-
водную резку можно выполнять плавящимся
электродом с покрытием, полуавтоматическую
электрокислородную тонким плавящимся
электродом, плазменно-дуговую и в отдельных
случаях направленным взрывом.
Электрокислородная резка выполняется спе-
циальным электродом, изготовленным из сталь-
ной трубки размером 7X2,5 мм, покрытым
тЬлстым слоем водонепроницаемого состава.
В трубку при помощи специального держателя
от баллона по шлангу подается кислород под
давлением 1,5—3,5 ат. Дуга разогревает металл,
а кислород окисляет его, как и при обычной
кислородной резке. Этот вид резки благодаря
своей простоте нашел большое применение.
Процесс подводной резки происходит сле-
дующим образом: после включения рабочего
тока на поверхности и подачи команды рез-
чиком-водолазом реэчик нажимает на рычаг
кислородного клапана и возбуждает дугу, после
чего начинает»перемещение электрода вдоль
линии реза. При резке металла большой тол-
щины резчик углубляет электрод в металл
для того, чтобы ввести в зону оеза большее
количество тепла. Скорость резки в вертикаль-
ном положении (сверху вниз) будет выше,
107
chipmaker.ru
чем в нижнем, так как в первом случае полнее
используется режущий кислород.
Этим способом удается резать металл тол-
щиной до 300 мм. •
Для полуавтоматической электрокислород-
ной резки тонкой проволокой разработан полу-
автомат ППСР-300-2 (он же применяется и
для сварки). Дуга горит в защитном газе,
который подается через специальный шланг
(вместе с проволокой), в этом же шланге про-
ходит токоведущий кабель. Кислород подво-
дится по отдельному шлангу.
Скорость резки на установке ППСР-300-2
для толщины металла 10 мм при силе тока
270—280 А составляет 11 м/ч, для толщины
металла 25 мм при силе тока 300 А —
2,5—2,8 м/ч.
Производительность полуавтоматической
электрокислородной резки значительно выше
ручной; это особенно важно при глубоковод-
ных работах, когда время пребывания резчика-
водолаза под водой весьма ограничено.
При бензокислородной резке применяют
специальный резак, работающий по принципу
распыления бензина. К резаку подводятся три
шланга: для подогревающего и режущего кис-
лорода и распыленного (азотом) бензина. Подо-
гревающее пламя зажигается под водой спе-
циальной электрозажигалкой, питаемой акку-
муляторной батареей напряжением 12 В.
Шланги, подводящие кислород и распыленный
бензин, заключены в металлическую оплетку,
позволяющую выполнять работу на глубине
до 30 м.
Для бензокислородной резки металла тол-
щиной от 5 до 100 мм под водой выпускается
установка БУ ПР-61.
Скорость резки на установке БУПР-61 на
глубине до 10 м: для толщины металла 10 мм —
22 м/ч, для толщины металла 100 мм — 6,5 м/ч.
Производительность подводной резки зави-
сит от вида резки, прозрачности воды, доступ-
ности места резки, опытности водолаза и др.,
В настоящее время для резки под водой,
начинают применять плазменную дугу. Разра-
батывается резка под водой взрывом. Подвод-
ные резаки, действующие с помощью порохо-
вых патронов, могут быть использованы для
резки проволоки, кабелей, якорных цепей и
других, деталей, имеющих форму ленты или
шнура. Ими можно перерезать стальную прово-
локу диаметром 1,6—38 мм и специальные
кабели диаметром до 90 мм. Для осуществления
резки взрывом установка оснащается кумуля-
тивным (направленным) взрывчатым зарядом,
запальным шнуром, детонатором, электриче-
ским кабелем и защитным ограждением мате-
риалов, примыкающих к месту реза.
Оборудование для резки в воде любым
процессом существенно отличается от промыш-
ленного оборудования для резки на воздухе,
оно намного сложнее и менее производительно.
В настоящее время техника подводной резки
позволяет выполнять работы на глубине до
150 м и резать металл толщиной до 150 мм.
§ 71. Виды термической резки
Жетона и железобетона
Бетон и железобетон режутся кислородным,
прутково-кислородным, порошково-кислород-
ным копьем, газопорошковой реактивной стру-
ей, порошково-кислородным резаком, плазмен-
ной струей и угольной дугой косвенного дей-
ствия.
Наиболее освоенной и широко применяемой
в СССР является резка железобетона кисло-
родным копьем (рис. 99).
Копье представляет собой стальную трубку
с наружным диаметром 10—60 мм и длиной
3—6 м с различным поперечным сечением.
Часто употребляются водогазопроводные тру-
бы (ГОСТ 3262—75) с наружным диаметром
10,2 мм и более. Согласно стандарту водога-
зопроводные трубы подразделяются на легкие,
обыкновенные и усиленные.
Рис. 99. Резка железобетона прутковым копьем:
а — процесс резки, б — копье с сердечником из прут-
ков, в — копье с тремя прихваченными наружными
прутками, г — копье с сердечником из прутков и с
проволочной навивкой; I — трубка, 2 — пруток,
3 — проволочная навивка
108
Для прожигания отверстий в бетоне целесо-
образно пользоваться усиленными трубами с
увеличенной толщиной стенки. Для копья мож-
но использовать трубки некруглых сечений:
плоскоовальные (ГОСТ 8644—68), прямоуголь-
ные (ГОСТ 8645—68), звездообразные, кресто-
образные, каплевидные, ромбические и др. Воз-
можно также применение трубки с заложенными
внутрь прутками или обмотанной снаружи
проволокой из низкоуглеродистой стали. Такое
копье называют прутковым.
Для зажигания копья в трубку подается
кислород под давлением 0,5 кгс/см2. При этом
рабочий торец копья нагревается сварочной
дугой или газокислородным пламенем до темпе-
ратуры горения стали; время нагрева — 5—10 с.
Нагретый металл начинает окисляться (гореть),
давление подаваемого кислорода повышается
до рабочего, металл на конце трубы интенсивно
горит, развивая температуру до 2000°C.
Следует различать горение копья в свобод-
ном состоянии и горение копья в процессе
прожигания или резки. Расход кислорода при
свободном горении копья значительно меньше,
чем при резке, поэтому и подача его соответ-
ственно должна меняться.
Ориентировочно для сгорания 1 кг низко-
углеродистой стали требуется 300 дм3 кисло-
рода. Фактический расход кислорода при сво-
бодном горении копья составляет до 600 дм3
в зависимости от диаметра и толщины стенки
трубки, диаметров стержней и их количества.
Чем полнее обтекает кислородная струя горец
копья, тем меньше затрачивается кислорода
при свободном горении.
При прожигании бетона или железобетона
копье с пламенем направляется в изделие с
определенной силой. Под действием высокой
температуры пламени копья и продольной силы,
создаваемой резчиком, бетон плавится и раз-
рушается. ____,
При резке или прожигании железобетона
копьем кислород расходуется не только на
горение стали, но и на выдувание изобцасти-
реза продуктов горения копья и плавления
бетона.
При давлении кислорода в момент зажига-
ния копья более 0,5 ат нагреваемый металл
будет охлаждаться из-за сильного перепада дав-
ления, что затруднит зажигание копья. Только
после воспламенения копья и достаточного уг-
лубления его в б'сюн давление кислорода по-
вышают до рабоч. го.
! В процессе прожигания копье прижимают
горящим концом к бетону с достаточно боль-
шим усилием; углубляясь в бетон, оно образует
приблизительно круглое отверстие. Вследствие
испарения воды, а также из-за разности темпе-
ратурных деформаций цементного камня и зерен
заполнителя бетон становится непрочным, в нем
возникают трещины, рыхлость, выкрашивание
частиц, что облегчает плавление и отрыв нерас-
плавленных частиц. Расплавленные и оторвав-
шиеся частицы бетона, продукты горения стали
выдуваются наружу кислородом и парами,
образуемыми при нагреве бетона, через зазор
между копьем- и стенками прожигаемого отвер-
стия. ДлЯ лучшего удаления расплавленной
й рыхлой массы из области реза необходимо
периодически совершать копьем возвратно-
поступательные и возвратно-вращательные дви-
жения. Величина продольного усилия должна
быть максимально возможной для резчика.
В то же время чрезмерное усилие, в особенности
при большей толщине железобетона, когда
нагретое докрасна копье на 1—2 м и более
углублено в железобетон, может вызвать ис-
кривление копья и изменить направление обра-
зуемого отверстия. Ориентировочно величина
усилия прижатия копья должна составлять от
5 до 10 кгс, а при прожигании глубоких отвер-
стий, когда необходимо преодолевать сопро-
тивление застывающих шлаков, усилие прижа-
тия должно достигать 10—50 кгс.
Данные по прожиганию отверстий в желе-
зобетоне в горизонтальном положении, полу-
ченные в МИСИ, приведены в табл. 30 и 31.
30. Режимы прожигания отверстий в железобетоне
в горизонтальном положении прутковым копьем
Диаметр трубы. Прутки Ско- рость Расход стали. Расход Число-
К 1М
прожи- кг/ч рода,
наруж- ный внут- ренний диа- метр, мм коли- чество, шт. гания, м/ч MJ/4
20 16 4 2 0,70 39,2 11
20 16 4 6 1,20 47.0 11
16 12 3 8 2,48 30.0 22
16 12 3 10 3,25 35.0 22
10 8 1 17 3,00 22,8 22
10 8 1 17 3,90 22,8 22
10 8 2 8 4,00 21,2 22
10 8 2 8 5,10 21,2 22
Копьем размером 10 х 8 мм с сердечником
из 8 прутков диаметром 2 мм можно Прожигать
отверстия в бетоне со скоростью 5 м/ч на глу-
бину до 200 мм. С повышением толщины
прожигаемого бетона диаметры трубы и прут-
ков необходимо увеличивать.
109
chipmaker.ru
Л Г Данные при прожигании отверстий в железобетоне
в горизонтальном положении прутковым копьем
Толщина бетона, мм Диаметр трубы, мм Прутки Рабочее давление
наруж- ный внутрен- ний диа- метр, мм коли- чество, шт. кислоро- да, кгс/см3
200 14 10 3 3 5
500 14 10 3 з 5
800 20 16 6 3 6
1000 20 16 6 3 6
При прожитии» етверс(ий кислородным
м'пнм изменение свойств и снижение прочно-
сти осени 01 нагрева происходя) в радиусе
.'О - -200 мм пропорционально толщине про-
жигаемо) о бетона.
Скорость прожигания отверстий прутковым
корьем в потолочном положении, достает
10 м/ч
По сравнению с пневмоинструментом копье
прожигает отверстие более чем в 4 раза быстрее,
стоимость работ при этом значительно ниже.
Порошковое копье отличается от
прутковою тем, что в место реза подается
железный порошок или смесь его с каким-либо
другим (например, алюминиевым), при сгора-
нии порошка выделяется дополнительное тепло.
Подача порошка (флюса) выполняется авто-
матизированным устройством, как в установках
для кислородно-флюсовой резки.. Это усложня-
ет оборудование для резкй порошковым копьем.
Резак для кислородно-флюсовой резки ста-
лей может быть использован и для резки неме-
таллов. Однако пользоваться им удобно лишь
при разделительной резке бетона толщиной
до 400 мм.
Разделительную резку можно также осуще-
ствлять прутковым и порошковым, копьями
последовательным образованием ряда отвер-
стий с последующим разрушением перемычек
механическим способом.
Резка реактивной газовой струей находит
применение для прожигания отверстий в горных
породах и железобетоне.
В настоящее время созданы специальные
горелки, в которых жидкое горючее (преиму-
щественно керосин) в ci 1еси с кислородом
сжигается в топке; пламя выбрасывается через
узкое отверстие со сверхзвуковой скоростью
до 2000 м/с; температура пламени — 2500—
2750<’С. Эта струя нагревает поверхность обра-
батываемого тела, а при подаче воды оно
разрушается и частицы выносятся газами из
зоны реза. Разделительная резка бетонных плит
толщиной 100 -150 мм происходит со скоро-
стью 8—10 м/ч. Хороших результатов дости-
гают при прожигании отверстий реактивной
струей.
Прожигание отверстий диаметром но ИХ) мм
в железобетонных плитах успешно осуществля-
емся угольной дугой косвенного действия. Для
>го>о применяют угольные электроды диамет-
ром 50—100 мм и силу тока 500--1000 А.
Необходимость пользоваться светофильтром
для глаз снижает эффективность резки угольной
дуг ОЙ-
Применение термической резки бетона .и
железобетона необходимо для образования
проемов в стенах и перекрытиях, круглых не-
большого диаметра сквозных отверстий, срезки
старых фундаментов для постройки новых под
более мощное оборудование и в других слу-
чаях — вместо трудоемкой и дорогостоящей
механической резки, сопровождающейся вибра-
циями, разрушениями и сильным шумом.
Резка копьем по сравнению с другими вида-
ми является наиболее универсальной, позао-
ляюшей резать бетон и железобетон толщиной
до 4 м в различных пространственных положе-
ниях как при ремонтных работах, так и в новом
строительстве. При этом оборудование для
резки относительно несложно.
Контрольные вопросы
1. Начертите схему получения плазменной дуги.
2. Какие типы плазмотронов применяются для
резки?
3. Перечислите параметры, характеризующие ре-
жим плазменно-дуговой резки.
4. Назовите области применения плазменно-дуго-
вой резки.
5. Объясните сущность газо-лазерной резки.
6. Какие существуют виды резки железобетона,
их сущность и применение?
chipmaker.ru
ГЛАВА
XVI
СВАРКА УГЛЕРОДИСТЫХ
И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Chipmaker.ru
§ 72. Краткие сведения о сталях
Стали подразделяют на углеродистые и
легированные.
Углеродистыми называют стали, содержа-
щие углерода 0,1—-0,7%*.
Легированными называют стали на основе
железа или никеля и содержащие один или
несколько легирующих элементов и углерода
до 0,5%.
Углеродистые стали поставляются по
ГОСТ 380—71 (углеродистая сталь обыкновен-
ного качества), ГОСТ 1050—74 (углеродистая
конструкционная качественная сталь), ГОСТ
5521—76 (сталь для судостроения), ГОСТ
5520—69 (сталь для котлостроения), ГОСТ
6713—75 (сталь для мостостроения) и др.
По основной структуре стали подразделя-
ются на классы: перлитный, бейнитный, мартен-
ситный, ферритный, аустенитный и карбидный.
Машиностроительная сталь г большинстве
случаев относится к перлитному классу, сталь
с особыми свойствами — к аустенитному, мар-
тенситному или ферритному классам.
Углеродистая сталь обыкновенного качества
(ГОСТ 380—71) подразделяется на три группы:
А — поставляемую по механическим свойст-
вам, Б — по химическому составу и В — по ме-
ханическим свойств 1м и химическому составу.
Согласно строительным нормам и правилам
изготовление сварных изделий должно произ-
водиться из сталей группы В. Сталь группы В
имеет шесть марок в зависимости от химиче-
ского состава и механических свойств, степени
раскисления и номера категории стали.
Как правило, для сварных конструкций при-
* Стали, содержащие углерода более 0.7% —
инструментальные, практически не свариваются и
здесь не рассматриваются.
меняют сталь марок ВСт2 и ВСтЗ всех степеней
раскисления и всех номеров категорий. Расшиф-
ровка стали по названию марки следующая:
ВСтЗспЗ сталь группы В марки 3, спокойная
(по раскислению), 3-й категории; ВСтЗГпс4 —
сталь группы В марки 3, с повышенным содер-
жанием марганца, полуспокойная, 4-й катего-
рии; ВСтЗкп — сталь группы В марки 3, кипя-
щая, 1-й категории.
Согласно ГОСТ 5521—76 марки углеродис-
той конструкционной стали обозначаются: 08,
10, 15, 20 и т. д., где цифры показывают сред-
нее содержание углерода в стали в сотых долях"
процента.
Углеродистая сталь, идущая на сварные из-
делия, разделяется на низкоуглеродистую, сред-
неуглеродистую и высокоуглеродистую. К низ-
коуглеродистым относят стали, не закаливаю-
щиеся при дуговой и газовой сварке (С < 0,22'/^,
к средиеуглеродистым (С = 0,2—0,45%) и вы-
сокоуглеродистым (С = 0,45—0,7%) — закали-
вающиеся.
Сведения о легированных сталях приведены
ниже.
§ 73. Свариваемость металлов
Современное машиностроение и строитель-
ство невозможно без применения легированных
сталей; они увеличивают надежность, долговеч-
ность н экономичность конструкции при мень-
шей массе и лучших эксплуатационных свойст-
вах. Это особенно Важно для комбинированных
конструкций, собираемых из неоднородных ме-
таллов. Однако некоторые разнородные метал-
лы или вообще не способны соединяться свар-
кой, или технология их сварки очень сложна.
В связи с этим большое значение в технологии
сварки имеет понятие о свариваемости метал-
лов.
Свариваемостью называют свойство метал-
ла или сочетания металлов при установленной
технологии сварки образовывать соединения,
свойства которых (физические, механические
и др.) близки к свойствам основного металла.
Например, хорошая свариваемость низко-
углеродистых сталей характеризуется равно-
прочным с основным металлом сварным со-
единением без снижения пластичности в око-
лошовной зоне и без трещин в металле шва.
Свариваемость легированных сталей оцени-
вается возможностью получения соединений,
стойких против образования закалочных струк-
111
chipmaker.ru
тур (и трещин), коррозии, уменьшения прочно-
сти при высоких температурах.
Металлы однородные, с одинаковой атом-
гой.решеткой легко соединяются сваркой, тогда
как разнородные могут совершенно не свари-
ваться. Например, не сваривается медь со свин-
цом; затруднена сварка железа со свинцом,
титана с углеродистой сталью и медью и др.
Металл шва и металл зоны термического
влияния любого сварного соединения, состав-
ленного даже из однородных частей, являются
по свойствам неоднородными, как между со-
бой, так и по сравнению с основным металлом.
Недостаточной работоспособностью обладает
крупнозернистый (перегретый), закаленный или
крупнозернисто-закаленный металл, образую-
щийся в сварном соединении в зависимости от
способности свариваемого металла изменять
свою структуру и свойства при сварке. Признак
плохой свариваемости — склонность к образо-
ванию трещин, которые совершенно недопус-
тимы в сварных соединениях. Склонность к пе-
регреву, закалке, образованию трещин и других
дефектов при сварке характеризует сваривае-
мость металлов.
При оценке свариваемости термически уп-
рочненной стали весьма важной характеристи-
кой является ее склонность к разупрочнению
(потере прочности) при сварке. Обычно разуп-
рочнение происходит в зоне термического влия-
ния на участке с температурами нагрева 400—
720°С в зависимости от температуры отпуска
стали в процессе ее изготовления на заводе
(закалка + отпуск).
Для того чтобы изготовить прочную свар-
ную конструкцию с наименьшими затратами
32. Свариваемость перлитных сталей
Класс свариваемости Наименование сталей Условная сварка
I 1. Низкоуглеродистые стали, содержащие углерода С< 0,22% (марки ВСтЗсп5, ВСтЗпсб, ВСтЗГпс5, В18Гсп5, М16С, СтТсп, ВстЗкп2, 08, 10, 15 н др.)* 2. Низколегированные низкоуглеродистые стали, содержащие углерода С <0,14% (мар- ки 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2С1Д, 10ХСНД, 12Г2СМФ, 12ГС и др.). Свариваются без особых ограничений, независимо от толщины металла, тем- пературы окружающего воздуха и жест- кости изделия, в широком интервале режимов сварки
II 1. Углеродистые стали, содержащие углеро- да 0,22—0,30% (марки Ст4, 20, 25 и др) 2. Низколегированные низкоуглеродистые стали, содержащие yi лерода 0,14—0,22% (марки 15ХСНД, 14Г2АФ 15Г2АФДпс, 16Г2АФ, 14ГСМФР и др.). Свариваются с ограничениями по тем- пературе окружающего воздуха (не ни- же —5°С), толщине (менее 20 мм) и жест- кости при правильно выбранном режиме сварки
III 1. Углеродистые стали, содержащие угле- рода 0,3—0,4% (марки Ст5, 25, 35 И Др.). 2. Низколегированные срсднеугЛердййсТые стали, содержащие углерода 0,22—0,3% (марки 18Г2АФ, 20ХГСА и др.)'. Свариваются с предварительным или сопутствующим подогревом до 100— 250 С
IV Теплоустойчивые стали (12ХМ, 15ХМ, 20ХМЛ, 12X1 МФ, 15X1 МФ, 20ХМФЛ и др.) Среднелегиро-анные (от 2,5 до 5% всех легирующих элементов) среднеуглеродистые стали С >0,22% ,25ХГСА, 30ХГСА, 30ХГСНА, 30ХН2МФА, 20Х2МА и др.) Перлитные высоколегированные стали раз- личных марок Свариваются с подогревом и после- дующей термообработкой сварного из- делия
* Примечание. Свариваемость сталей может оцениваться и по эквивалентному углероду Сэ опре-
деляемому по соответствующей формуле.
112
chipmaker.ru
труда, применяя наиболее рациональную тех-
нологию сварки, следует возможно полнее изу-
чить свариваемость стали.
На свариваемость влияют химический со-
став присадочного металла, режим сварки, тем-
пература окружающего воздуха, химический
состав и толщина стали, условия закрепления
элементов конструкции при- сварке и другие
конструктивные, технологические, а также экс-
плуатационные условия.
На практике применяют различные методы
определения свариваемости для проверки стой-
кости металла против образования трещин, пе-
рехода в хрупкое состояние, коррозии, износа
и других свойств..
Классификация углеродистых сталей по сва-
риваемости. По признака^ стойкости против
образования трещин при соответствующей тех-
нологии сварки все стали с ферритно-перлитной
и бейнитной структурами можно разделить на
четыре группы: I — стали, не закаливающиеся
при дуговой и газовой сварке и поэтому свари-
вающиеся без особых ограничений; II — стали,
склонные к образованию закалочных микро-
структур, но при правильно выбранной техно-
логии сваривающиеся без появления их (при
сварке без подогрева); III — стали, склонные
к закалочным структурам при сварке и свари-
вающиеся с подогревом для избежания появле-
ния этих структур; IV — стали, закаливающие-
ся при сварке и сваривающиеся с предваритель-
ным, сопутствующим подогревом и немедлен-
ной термообработкой после сварки.
В табл. 32 приведены некоторые распростра-
ненные марки сталей и условия их сваривае-
мости.
Сварку сталей I группы можно выполнять
при любом тепловом режиме в широком интер-
вале, без особых ограничений в способе нало-
жения швов по сечению, длине и положению в
пространстве.
Сварка сталей II группы выполняется с со-
ответствующими ограничениями, в узком ин-
тервале тепловых режимов и ограниченной
температуры окружающего воздуха.
Стали, отнесенные к III группе, требуют по-
догрева при сварке, который способствует сни-
жению скорости охлаждения сварного соедине-
ния и, следовательно, образованию относитель-
но мягкой ферритно-перлитной, в крайнем слу-
чае бейнитной микроструктуры.
Сварка сталей, отнесенных к IV группе по
свариваемости, выполняется с обязательным
,подогревом и термообработкой.
§ 74. Сварка углеродистых
конструкционных сталей
Низкоуглеродистые стали, содержащие до
0.2% углерода, свариваются без ограничений
при использовании типовых сварочных мате-
риалов. В зависимости от степени ответствен-
ности свариваемого изделия пользуются Элек-
тродами типов Э38, Э42 и Э42А.
Электроды Э38 применяются для изготов-
ления неответственных изделий, электро-
ды Э42 — для ответственных и Э42А — для
особо ответственных изделий. Для сварки изде-
лий из толстых листов (8 > 15 мм) и в неудоб-
ных для сварщика положениях (монтажная
сварка в строительстве) следует использовать
электроды с повышенной прочностью наплав-
ленного металла типов Э46 и Э46А.
Это требование объясняется тем, что выпол-
нение многослойных швов больших сечений в
неудобных положениях трудно осуществить без
внутренних пороков. Гарантия прочности со-
единений достигается применением электродов,
дающих повышенную прочность металла шва.
Причины образования пор, непроваров, под-
резов при сварке низкоуглеродистых сталей
рассматриваются в гл. XXV. Швы, соединяю-
щие низкоуглеродистые стали, выполненные
всеми видами дуговой и газовой сварки, обла-
дают вполне удовлетворительной стойкостью
против образования трещин.
Среднеуглеродистые стали, содержащие от
0,2 до 0,45% углерода, свариваются с серьезны-
ми ограничениями, чтобы при сварке не обра-
зование*. трещины. Стали марок ВСт4 различ-
ной степени раскисления и различных катего-
рий и сталь марки 25 при неправильно выбран-
ном тепловом режиме сварки могут образовать
трещины, главным образом в угловых швах или
в первом слое многослойного стыкового шва,
сваренною с обязательным зазором, в послед-
них швах изделий с большой жесткостью, а
также если сварка выполняется при низких тем-
пературах окружающего воздуха.
Сварку стали Ст4 следует выполнять с от-
носительно низкими скоростями охлаждения
металла, шва. Трещины могут возникнуть в на-
плавленном металле, тогда как в зоне термиче-
ского влияния их, как правило, не бывает.
Сталь Ст5 содержит от .0,29 до 0,37% угле-
рода, поэтому свариваемость этой стали хуже
свариваемости стали Ст4. Изделия из стали Ст5
нужно сваривать с дополнительным подогре-
вом. Лучше всего дополнительный нагрев из-
делия производить одновременно по двум сто-
113
chipmaker.ru
33. Механические свойства низколегированных ни эко углерод истых сталей при данном химическом составе
Марка стали Механические свойства Химический состав, % Поставка
8в, кгс/мм2 8Т, кгс/мм2 вн» кгс • м/см2 углерод я в я кремний хром никель медь ванадий молибден титан бор сера фосфор
14Г2 10ХСНД 15ХСНД 14ХГНМ 15ХГ2СМФР 10Г2С1 1эГ2СФ 12Г2СМФ 48-52 54—55 56—61 85—89 75—97 53 68—90 77 35—37 40—42 40—42 75 63 -84 36 54—62 70 6,7—8,5 4,2—5,4 5,0 0,5—4,5 11,1—13,9 5,2—7,7 5,8—7,4 0,14 1,40 0,11 0,65 0,17 0,70 0,16 1,20 0,18 1,63 0,10 1,44 0,18 1,60 0,11 1,36 0,22 0,07 0,10 0,10 — - - — 0,025 0,013 0,95 0,71 0,52 0,42 — — — — 0,028 0,030 0,55 0,73 0.40 0,27 — — — - 0,024 0,019 0,30 1,10 1,40 — 0,10 0,40 — — 0,020 0,020 0,56 0,55 0,04 0,13 0,08 0,17 0,010 0,603 0,022 0,020 0,97 0,09 0,04 0,23 — — 0,02! 0,023 0,027 0,52 0,02 0,05 0,13 0,07 — 0,01 — 0,024 0,023 0,60 0,07 0,04 0,06 0,13 0,18 0,018 - 0,022 0,020 Горячеката- ная » » » » Нормализо- ванная » Термоупроч- ненная
ронам от оси шва на расстоянии 50—70 мм до
температуры 100—200°С; для листов толщи-
ной до 15 мм температура подогрева составляет
100 °C, для более толстых листов — 200°C.
Высокую стойкость металла шва против
трещин и необходимые механические свойства
сварочного соединения обеспечивают электро-
ды УОНИИ-13/45 и УОНИИ-13/55, АНО-7,
АНО-8, АНО-11, АНО-19 и др.
Еще более худшей свариваемостью облада-
ют стали Стб и 40. Изделия из этой стали до-
полнительно нагреваются при сварке и после
сварки термически обрабатываются в печи.
Из высокоуглеродистой стали (С =0,46—
0,70%) сварные конструкции, как правило, не
изготовляют. Эта сталь применяется в литых
деталях. Необходимость сварки может возник-
нуть при наплавке и ремонтных работах. В этом
случае применяют те же приемы сварки, что и
для других плохо сваривающихся сталей (пред-
варительный или сопутствующий подогрев и
последующая термообработка).
§ 75. Сварка низколегированных сталей
Легированные стали подразделяются на низ-
колегированные (легирующих элементов в сум-
ме менее 2,5%), средне легированные (от 2,5
до 10%) и высоколегированные (более 10%).
Низколегированные стали делят на .низколеги-
рованные низкоуглеродистые, низколегирован-
ные теплоустойчивые и низколегированные
среднеуглеродистые.
Механические свойства и химический состав
некоторых марок низколегированных сталей
приведены в табл. 33.
Содержание углерода в низколегированных
низкоуглеродистых конструкционных сталях не
превышает 0,22%. В зависимости от легирова-
ния стали подразделяют на марганцовистые
(14Г, 14Г2), кремнемарганцовистые (09Г2С,
ЮГ2С1, 14ГС, 17ГС и др.), хромокремнемар-
ганцовистые (14ХГС и др.), марганцовоазот-
нованадиевые (14Г2АФ, 18Г2АФ, 18Г2АФпс
и др.), марганцовониобиевая (10Г2Б), хромо-
кремненикельмедистые (10ХСНД, 15ХСНД)
и т д
Низколегированные низкоуглеродистые ста-
ли применяют в транспортном машинострое-
нии, судостроении, гидротехническом строи-
тельстве, в производстве труб и др. Низколеги-
рованные стали поставляют по ГОСТ 19281—73
и 19282—73 и специальным техническим усло-
виям.
Низколегированные теплоустойчивые стали
должны обладать повышенной прочностью при
высоких температурах экс плуатации. Наиболее
широко теплоустойчивые стали применяют при
изготовлении паровых энергетических устано-
вок. Для повышения жаропрочности в их состав
вводят молибден (М), вольфрам (В) и вана-
дий (Ф), а для обеспечения жаростойкости —
хром (X), образующий плотную защитную
пленку на поверхности металла.
Низколегированные среднеуглеродистые
(более .0,22% углерода) конструкционные стали
применяют в машиностроении обычно в термо-
обработанном состоянии. Технология сварки
низколегированных среднеуглеродистых стале!)
подобна технологии сварки среднелегирован-
ных сталей.
114
chipmaker.ru
Рис. 100. Диаграмма изотермического (при постоян-
ной температуре) распада аустенита ннзкоуглеродис-
той стали:
А — начало распада. Б— конец распада, Л, — кри-
тическая точка стали, Мв и МЕ — начало и конец
превращения аустенита в мартенсит; г,, v2, v3 и
г4 — скорости охлаждения с образованием различ-
ных стру»тур
Особенности сварки низколегированных ста-
лей. Низколегированные стали сваривать труд-
нее, чем низкоуглеродистые конструкционные.
Низколегированная сталь более чувствительна
к тепловым воздействиям при сварке. В зависи-
мости от марки низколегированной стали при
сва| ке могут образоваться закалочные струк-
туры или перегрев в зоне термического влияния
сварного соединения.
Структура околошовного металла зависит
от его химического состава, скорости охлажде-
ния и длительности пребывания металла при
соответствующих температурах, при которых
происходит изменение микроструктуры и раз-
мера зерен. Если в доэвтектоидной стали полу-
чить нагревом аустенит (рис. 100), а затем сталь
охлаждать с различной скоростью, то критиче-
ские точки стали снижаются.
При малой скорости охлаждения получают
структуру перлит (механическая смесь феррита
и цементита). При большой скорости охлажде-
ния аустенит распадается на составляющие
структуры при относительно низких темпера-
турах и образуются структуры — сорбит, три-
остит, бейнит и при очень высокой скорости
охлаждения — мартенсит. Наиболее хрупкой
структурой является мартенситная, по > тому не
следует при охлаждении допускать пр:вр.ице
ния аустенита в мартенсит при снарку низколе-
гированных сталей.
Скорость охлаждения стали, особенно боль-
шей толщины, при сварке всегда значительно
превышает обычную скорость охлаждения ме-
талла на воздухе, вследствие чего при сварке
легированных сталей возможно образование
мартенсита.
Для предупреждения образования при свар-
ке закалочной мартенситной структуры необ-
ходимо применять меры, замедляющие охлаж-
дение зоны термического влияния, — подогрев
изделия и применение многослойной сварки.
В некоторых случаях в зависимости от усло-
вий эксплуатации изделий допускают перегрев,
т. е. укрупнение зерен в металле зоны термиче-
ского влияния сварных соединений, выполнен-
ных из низколегированных сталей.
При Высоких температурах эксплуатапии из-
делий для повышения сопротивления ползуче-
сти (деформирование изделия при высоких тем-
пературах с течением времени) необходимо
иметь крупнозернистую структуру и в сварном
соединении. Но металл с очень крупным зерном
обладает пониженной пластичностью и поэто-
му размер зерен допускается до известного пре-
дела.
При эксплуатации изделий в условиях низ-
ких температур ползучесть исключается и не-
обходима мелкозернистая структура металла,
обеспечивающая увеличенную прочность и плас-
тичность.
Покрытые электроды и другие сварочные
материалы при сварке, низколегированных ста-
лей подбираются такими, чтобы содержание
углерода, серы, фосфора и других вредных эле-
ментов в них было ниже по сравнению с мате-
риалами для сварки низкоуглеродистых кон-
струкционных сталей. Этим удается увеличить
стойкость металла шва против кристаллиза-
ционных трещин, так как низколегированные
стали в значительной степени склонны к их
образованию.
Технология сварки низколегированной стали.
Низколегированные низкоуглеродистые стали
09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1 и 10Г2Б при
сварке не закаливаются и не склонны к пере-
греву. Сварку этих сталей производят при лю-
бом' тепловом режиме, аналогично режиму
сварки низкоуглеродистой стали.
Для обеспечения равнопрочное ги соединения
ручную сварку выполняют электродами типа
115
chipmaker.ru
Э50А. Твердость и прочность околошовной
зоны практически не отличаются от основного
металла.
Сварочные материалы при сварке порошко-
вой проволокой и в защитном газе подбирают
такими, чтобы обеспечить прочностные свой-
ства металлу шва на уровне прочности, дости-
гаемой электродами типа Э50А.
Низколегированные низкоуглеродистые ста-
ли 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф,
15Г2СФ, 15Г2АФ при сварке могут образовы-
вать закалочные микроструктуры и перегрев
металла шва и зоны’ термического влияния.
Количество закаливающихся структур резко
уменьшается; если сварка выполняется с отно-
сительно большой погонной энергией, необхо-
димой для уменьшения скорости охлаждения
сварного , соединения. Однако снижение скоро-
сти охлаждения металла при сварке приводит
к укрупнению зерен (перегреву) металла шва
и околошовного металла вследствие повышен-
ного содержания углерода в этих сталях. Это
особенно касается сталей 15ХСНД, 14ХГС.
Стали 15Г2Ф, 15Г2СФ и 15Г2АФ менее склон-
ны к перегреву в околошовной зоне, так как они
легированы ванадием и азотом. Поэтому сварка
большинства указанных сталей ограничивается
более узкими пределами тепловых режимов,
чем сварка низкоуглеродистой стали.
Режим сварки необходимо подбирать так,
чтобы не было большого количества закалоч-
ных микроструктур и сильного перегрева ме-
талла- Тогда можно производить сварку стали
любой толщины без ограничений при окру-
жающей температуре не ниже —10 °C. При
более низкой температуре необходим предва-
рительный подогрев до 120—150 °C. При тем-
пературе ниже —25 °C сварка изделий из зака-
ливающихся сталей запрещается. Для преду-
преждения большого перегрева сварку сталей
15ХСНД и 14ХГС следует проводить на пони-
женной погонной тепловой энергии (при пони-
женных значениях тока электродами меньшего
диаметра) по сравнению со сваркой низкоугле-
родистой стали.
Ддя обеспечения равнопрочности основного
металла и сварного'соединения при сварке этих
сталей надо применять электроды типа Э50А
или Э55.
Технология сварки низколегированных сред-
неуглеродистых сталей 17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ
и других подобна технологии сварки среднеле-
гированных сталей.
§ 76. Сварка среднелегированных сталей
Хромокремнемарганцевая конструкционная
(20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГСА), хромокремне-
марганцевоникелевая конструкционная
34. Механические свойства некоторых марок низко- и среднелегнрованных среднеуглероднстых сталей
(после закалки и отпуска) при данном химическом составе
Марка стали Механические свойства (не менее) Химический состав, % Термообра- ботка
углерод марганец кремний хром никель . молибден
8,, кгс/мм2 8т, кгс/мм2 | 6,% 1 ав, кгс-* м/см2
20ХГСА 80 65 12 7 0,17—0 23 0,80—1,10 0,90—1,20 0,80—1,10 — — Закалка и отпуск при 480—500 6 С
25ХГСА 110 85 10 6 0,22—0,28 0,80—1,10 0,90—1,20 0,80—1,10 — — То же
30ХГСА ПО 85 10 5 0,28—0,34 0,80—1 10 0,90—1,20 0,80—1.10 — — Закалка и отпуск при 500—540°С
30ХГСНА 165 140 9 6 0.27—0,34 1,00- 1 30 0,90—1,20 0,90—1,20 1,40—1,80 — Закалка и отпуск при 200—300 °C
30ХН2МФА 90 80 10 9 0,26—0,33 0.30—0,60 0,17—0,37 0,60—0,90 2,00—2,50 0,20—0,30 Закадка и отпуск при 680°С
20X2 МА 60 45 .16 7 0,18—0,24 0,30-тО,70 0,17—0,37 2,1—2,4 0,30—0,70 0 25 -0,35 Закалка и отпуск при 650 °C
116
chipmaker.ru
(30ХГСНА), xj омоникелемолибденованадиевая
конструкционная (30ХН2МФА), хромомолиб-
деновая жаропрочная (12Х5МА), хромоникеле-
молибденовая жаропрочная (20Х2МА) и другие
среднелегированные стали с содержанием угле-
рода до 0,5% поставляются в основном по
ГОСТ 4543—71 и разделяются на качественные
и высококачественные.
Среднелегированные стали (табл. 34) обла-
дают временным сопротивлением 60—
200 кгс/мм2; они относятся к перлитному
классу.
Эти стали характерны высокой стойкостью
против перехода в хрупкое состояние; поэтому
их применяют для конструкций, работающих
при низких или высоких температурах, при
ударных или знакопеременных нагрузках, в аг-
рессивных средах и других тяжелых условиях.
Среднелегированные стали весьма чувстви-
тельны к.нагреву, при сварке они могут закали-
ваться, перегреваться, образовывать холодные
трещины, что затрудняет их сварку. Чем выше
содержание углерода и легирующих примесей
и чем больше толщина металла, тем хуже сва-
риваемость этих сталей.
Сварка среднелегированных сталей должна
производиться электродами с фтористо-каль-
циевым покрытием на постоянном токе при
обратной полярности с выполнением много-
слойных швов каскадным и блочным спосо-
бами. Технология сварки должна предусматри-
вать низкие скорости охлаждения металла шва.
Существенно способствует предупреждению
трещин повышение температуры разогрева бо-
лее 150 °C. Длина ступени каскадной сварки
должна выбираться из расчета указанного ра-
зогрева металла предыдущего слоя шва, перед
наложением последующего слоя. Обычно длина
ступени составляет 150—200 мм
Марки покрытых электродов при сварке
выбирают в зависимости от вида термической
обработки сварного соединения (табл. 35).
35. Выбор сварочных материалов
• Марка стали Термообработка Вид сварки Сварочные материалы
25ХГСА 30ХГСА Закалка и высокий отпуск Покрытыми электродами В углекислом газе ВИ9-6 (Св-18ХМА) Св-ЮГСМТ
25ХГСА ЗОХГСА Закалка и средний отпуск Покрытыми электродами В углекислом газе ВИ-10-6 (Св-18ХМА), НИАТ-ЗМ Св-08ХЗГ2СМ
25ХГСА ЗОХГСА Без термообработки Покрытыми электродами ВИ9-6 (Св-08) ВИ9-6 (Св-18ХМА) ВИ-12-6 (Св-04Х19 НН М3)
§ 77. Сварка легированных
теплоустойчивых сталей
По ГОСТ 20072—74 теплоустойчивые стали
по микроструктуре подразделяются на стали
перлитного класса (молибденохромовая 12МХ,
хромомолибденованадиевая 12X1М1Ф, хромо-
молибденованадиевотитановая с бором
20Х1М1Ф1ТР, хромомолибденованадиевая с
повышенным содержанием углерода 25X1 МФ,
25Х2М1Ф, 20ХЗМВФ, 20Х1М1Ф1БР и другие
и стали мартенситного класса (хромистая 15X5,
хромистомолибденовая 15Х5М, 15Х5ВФ,
12Х8ВФ и др.).
Условия эксплуатации изделий из тепло-
устойчивых сталей приведены в табл 36, откуда
видно, что рабочая температура не превышает
600°C. Изделия, эксплуатирующиеся при тем-
пературах выше 600°С, изготовляют из высоко-
легированной жаростойкой и жаропрочной
стали.
Все теплоустойчивые стали поставляются
потребителю в состоянии после термической
обработки (закалка плюс высокий отпуск; от-
жиг).
Для дуговой сварки теплоустойчивей! ста- .
ли ГОСТ 9467—75 предусматривает .девять
типов электродов (Э-09М, Э-09МХ, Э-09Х1М,
Э-О5Х2М, Э-09Х2М1, Э-09Х1МФ,
Э-10Х1М1НФБ, Э-10ХЗМ1БФ, Э10Х5МФ).
Технологией сварки теплоустойчивой стали
любой марки предусматривается предваритель-
ный или сопутствующий местный или общий
подогрев свариваемого изделия, обеспечение
однородности металла шва с основным и тер-
мическая обработка сварного изделия (табл. 36).
117
chipmaker.ru
36. Условия эксплуатация изделий из тенлоустойчшых сталей
Марка стала Назначение Рекомендуемые температуры эксплуатации,°C Срок работы Температура начала интенсивно- го окалинообразо- ваиид, °C
12МХ Трубы пароперегревателей, детали цилиндров газовых турбин 510 Весьма длитель- ный (50 000— 100 000 ч) 570
12X1 МФ То же 570 -585 То же 600
18ХЗМВ Трубы Для гидрогеиизацион- ных установок 450—500 Длительный (1000—10 000 ч) 600
20ХЗМВФ Трубы высокого давления для химической аппаратуры 500—560 . То же 600
15X5 Трубы 600 » 650
15Х5М 15Х5ВФ Для корпусов и внутренних элементов аппаратуры нефте- перерабатывающих заводов 600 Весьма длитель- ный 650
12Х8ВФ Трубы печей нефтезаводов 500 Длительный 650
Дополнительный нагрев свариваемого из-
делия необходим для устранения закаливаемо-
сти металла. При сварке без дополнительного
нагрева в металле шва и в околошовном метал-
ле образуются карбиды хрома и молибдена,
вызывающие хрупкость сварного соединения.
Однородность металла шва с основным
нужна для исключения диффузионных явлений
при химическом выравнивании металла шва и
околошовного металла при высоких темпера-
турах во время эксплуатации сварных изделий,
так как перемещение химических элементов в
процессе диффузии приводит к снижению дли-
тельности эксплуатации изделий.
С помощью термической обработки удается
получать одинаковую во всем сварном изделии
микроструктуру, если химический состав ме-
талла шва не отличается от химического соста-
ва основного металла. Такой металл обладает
повышенными механическими свойствами и
способностью длительно работать в условиях
нагрева. Однако для повышения длительности
работы изделий нужно правильно выбрать ре-
жим термической обработки (табл. 37). Лучшая
термическая обработка сварных изделий из
теплоустойчивой стали — закалка и высокий
отпуск. На практике часто применяют только
высокий отпуск или отжиг с нагревом до тем-
пературы около .780°С.
37. Условия сварки теплоустойчивых сталей
Марка стали Класс микроструктуры Температура, °C Марка электрода
предварнтель ного или со- путствующей подогрева отпуска после сварки
12ХМ Перлитный 200 650—700 УОНИИ-13/45МХ, ТМЛ-1, ЦЛ-14, ЗИО-20
И др.
12Х1МФ То же 300 650—700 ТМЛ-3, ЦЛ-20-63, ЦЛ-20М, ЦЛ-39 и др.
18ХЗМВ » 300—350 700—753 ЦЛ-26М-65, ЦЛ-30-63 и др.
2ОХЗМВФ » 300—450 700—750 ЦЛ-26М-63, ЦЛ-30-63
20Х1М1Ф1ТР » 300—350 7^0—750 ЦЛ-30-63 и др.
12Х8ВФ » 300—450 700—750 ЦЛ-30-63 и др.
15X5 Мартенситный 300—450 700—750 ЦЛ-30-63 и др.
15Х5М То же 300—450 700—750 ЦЛ-17-63
15Х5ВФ » 300—450 700—750 ЦЛ-17-63
118
chipmaker.ru
Необходимый подогрев свариваемого изде-
лия, а также термическая обработка сварных
изделий в монтажных условиях производятся
индукционным током промышленной или по-
вышенной частоты. Время выдержки при мак-
симальной температуре нагрева при отпуске
берется из расчета 4—5 мин/мм толщины
стенки; охлаждение сварного изделия до тем-
пературы предварительного подогрева (200—
450сС) должно быть медленным.
Для сварки теплоустойчивых сталей в мон-
тажных условиях при невозможности подогре-
ва и последующей термообработки применя-
ются электроды АН-ЖР-2, в этом случае в ме-
талле шва содержание никеля будет не менее
31% и металл шва получит аустенитную струк-
туру. Электроды пригодны для сварки во всех
пространственных положениях.
Подбор покрытых электродов для сварки
теплоустойчивых сгалей ориентировочно про-
изводится но 1а(>п 37. Приведенные в таблице
марки электродов не ооеспечивают полной од-
нородности металла шва с основным.
Сварку теплоустойчивых сталей покрытыми
электродами производят на тех же режимах,
что и сварку низколегированных конструкци-
онных сталей. При сварке необходимо полно-
стью проваривать корень шва, для чего первый
слой выполняют электродом диаметром 2—
3 мм. Большая часть электродов требует сварки
на постоянном токе обратной полярности.
Техника сварки теплоустойчивых сталей так-
же аналогична технике сварки низко углеродис-
тых сталей. Многослойную сварку выполняют
каскадным способом (без охлаждения каждого
выполненного слоя шва).
При газовой сварке теплоустойчивых сталей
мощность пламени составляет 100 дм3 апети-
лена/ч на 1 мм толщины металла; сварку ведут
только нормальным (восстановительным) пла-
менем. Присадочным металлом служит сва-
рочная проволока марок Св-08ХМФА,
Св-ЮХМФТ, Св-10Х5М, Св-18ХМА и другие
в зависимости от марки свариваемой стали.
Вначале кромки деталей «пролуживают»,
для чег;о расплавляют металл деталей по по-
верхности кромок и в корне шва, заполняя его
расплавленным металлом. Этот прием приме
няют для деталей толщиной до 15 Л) мм
ПролуЖивание кромок деталей на большую
величину приводит к образованию микротре-
щин на участках, расположенных к вершине
шва, этому способствует быстрое охлаждение
металла. Для уменьшения выгорания хрома,
молибдена и других легирующих элементов из
металла деталей и присадочной проволоки сва-
рочная ванна поддерживается в жидком со-
стоянии по возможности более короткое время.
Присадочный металл должен находиться все
время в сварочной ванне; пользоваться капель-
ным Приемом сварки нельзя во избежание вы-
горания легирующих элементов.
Газовая сварка стыков труб производится
с предварительным подогревом всего стыка.
Стык по периметру трубы можно нагревать
той ж<_: горелкой, которой пользуются при вы-
полнении шва. Термообработка сварного сты-
ка необходима; ее удобно выполнять той же
сварочной горелкой, а еще лучше — дополни-
тельной, в зависимости от диаметра, толщины
трубы и других условий.
§ 78. Сварка термически упрочненных сталей'
1ермичш,кой обраСхикои рьнцг гтг.» г,ш.<|
ка пицк oiiiy<.K> iioBbiin.iioi mcx.hui'k . ю» > hoii
ства как углеродистых, гак и iicinpoiiaiiuux
конструкционных, теплоустойчивых, жаропроч-
ных и других сталей, например, марок 101 "2С1,
09Г2С, 14Г2, 15ХСНД, 12Г2СМФ, 15Г2СФ,
15ХГ2СФР, 15Г2АФ, 15ХГСА, 15ХГ2СФМР
и др.
При содержании углерода более 0,12% тер-
моупрочненные стали в процессе сварки обра-
зуют закалочные микроструктуры» а в зоне
термического влияния происходит разупрочне-
ние металла, если сварное соединение не под-
вергается после сварки термической обработке.
Изменения гемггерагуры нагрева и гверцосги
сварного соединения термически упрочненной
стали даны на рис IG1 Из рисунка видно, чю
зона Термического влияния при снарке герми-
чески упрочненной стали, склонной к закалке,
разделяется на следующие участки: I — непол-
ного расплавления (участок металлической свя-
зи), 2 — закалки и перегрева с температурами
нагрева выше 920—950°C, 3 — неполной за-
калки с температурами нагрева от 720 до 920°С,
4 — участок разупрочнения с температурами
нагрева ниже ’20°С.
На участке закалки твердость металла будет
максимальной, на участке неполной закалки
гвердгкть снижена. Самая низкая твердость по
сравнению с другими участками, а также с
основным металлом будет на участке разупроч-
нения. Участок разупрочнения — самое слабое
место сварного соединения при работе его на
статическую нагрузку.
Ширина участка разупрочнения влияет на
работоспособность сварного соединения: она
119
chipmaker.ru
Рис. 101. Схема изменения температуры в сварном
соединении термически упрочненной стали:
МШ. — металл шва; 1, 2, 3, 4 — участки сплавле-
ния, закалки, неполной закалки, отпуска (разупроч-
нения); О.М. — основной металл
будет тем выше, чем меньше ширина этого уча-
стка. Ширина участка разупрочненич зависит
от скорости охлаждения и от стойкости основ-
ного металла к изменению температуры.
Для снижения ширины разупрочненного ме-
талла" как и всей зоны термического влияния
следует применять режимы сварки с низкой
погонной тепловой энергией.
Так как газовая сварка термически упроч-
ненных сталей вызывает образование широкого
участка разупрочнения, то она не может быть
рекомендована, если -нельзя выполнить после-
дующую термическую обработку.
§ 79. Сварка высоколегированных
сталей и сплавов
Высоколегированными называют стали, со-
держащие один'" или несколько легирующих
элементе® в количестве 10—55%.
Высоколегированными называют сплавы на
железоникелевой основе (железа и никеля со-
держится более 65%) и на никелевой основе
(никеля содержится более 55%).
По ГОСТ 5632—72 насчитывается 94 марки
высоколегированных сталей и 22 марки высо-
колегированных сплавов. Несколько марок ста-
лей и сплавов выпускается по различным тех-
ническим условиям.
Высоколегированные стали и сплавы клас-
сифицируют по различным признакам, главным
образом, по системе легирования, структуре и
свойствам. По системе легирования высоколе-
гированные стали делят, например, на хромис-
тые, хромоникелевые, хромомарганцевые, хро-
моникелемарганцевые, хромомарганцеазотис-
тые. Самые распространенные высоколегиро-
ванные сплавы— никелевые, никелехромистые,
никелехромовольфрамовые и никелехромоко-
бальтовые.
По структуре высоколегированные стали
подразделяют на стали мартенситного класса
(например, 15X5, 15Х5М, 15Х5ВФ, 09Х16Н4Б,
11Х11Н2В2МФ — всего по стандарту 20 ма-
рок), мартенситно-ферритного класса
(15Х6СЮ, 15Х12ВНМФ, 12X13 и др.), фер-
ритного класса (08X13, 10Х13СЮ, 12X17,
15Х25Т), аустенитно-мартенситного класса (та-
кие, как 07Х16Н6, 08Х17Н5МЗ), аустенитно-
ферритного класса (например, 08Х20Н14С2,
08Х18Г8Н2Т) и аустенитного класса
(03Х17Н14М2, ОЗХ16Н15МЗБ, 08Х10Н20Т2,
08Х16Н13М2Б, 09Н16Х14Б, 09Н19Х14В2БР,
12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М). В неко-
торых аустенитных сталях никель, как дефицит-
ный материал, частично или полностью заме-
няют марганпем и азотом: 10Х14Г14НЗ,
10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9Н4А, 10Х14Г15А,
15Х17Г14А; всего по ГОСТ 5632—72 выпус-
пускается 27 марок аустенитных сталей.
По системе упрочнения высоколегированные
сталй и сплавы делят на карбидные, содержа-
ние углерода 0,2—1,0%, 'боридные (образуются
бориды железа, хрома, ниобия, углерода, мо-
либдена и вольфрама), с интерметаллидным
упрочнением (упрочнение мелкодисперсными
частицами).
По свойствам высоколегированные стали и
сплавы подразделяют на коррозионностойкие
(нержавеющие), обладающие стойкостью про-
тив любой коррозии — атмосферной, почвен-
ной, щелочной, кислотной, солевой, межкрис-
таллитной; жаростойкие (окалиностойкие), не
окисляющиеся при высоких температурах на-
грева (до 1300°C); жаропрочные, способные
работать при температурах свыше 1000°C в те-
чение нормированного времени без снижения
прочности.
Особенности сварки высоколегированных ста-
лей и сплавов. По сравнению с низкоуглеродис-
тыми сталями большинство высоколегирован-
ных сталей и сплавов обладают пониженным ко-
эффициентом теплопроводности (до 2 раз при
повышенных температурах, и увеличенным ко-
эффициентом линейного расширения (до 1,5
раза).
Низкий коэффициент теплопроводности при-
водит при сварке к концентрации тепла и вслед-
ствие этого к увеличению проплавления метал-
120
chipmaker.ru
ла изделия. Поэтому для получения заданной
глубины проплавления следует снижать вели-
чину сварочного тока на 10—20%.
Увеличенный коэффициент линейного рас-
ширения приводит при сварке к большим дефор-
мациям сварных изделий, а в случае значитель-
ной жесткости — относительно крупные изде-
лия, повышенная толщина металла, отсутствие
зазора между свариваемыми деталями, жесткое
закрепление изделия — к образованию трещин
в сварочном изделии.
Высоколегированные стали и сплавы более
склонны к образованию трещин, чем низкоугле-
родистые. Горячие трещины появляются боль-
шей частью в аустенитных сталях, холодные —
в закаливающихся сталях мартенситного и
мартенситно-ферритного классов. Кроме этого,
коррозионностойкие стали, не содержащие ти-
тана или ниобия или легированные ванадием,
при нагревании выше Э00°С теряют антикорро-
зионные свойства по причине выпадения из
твердого раствора карбиде® хрома и железа,
которые становятся центрами коррозии и кор-
розионного растрескивания. Термической об-
работкой (чаще всего закалкой) можно восста-
новить антикоррозионные свойства сварных
изделий. Нагревом до 850°C ранее выпавшие из
раствора карбиды хрома вновь растворяются
в аустените, а при быстром охлаждении они не
выделяются в отдельную фазу. Такой вид тер-
мообработки называют стабилизапией.
Однако стабилизация приводит к снижению пла-
стичности и вязкости стали. Получение высокой
пластичности, вязкости и одновременно анти-
коррозийности сварных соединений возможно
нагревом металла до температуры 1000—
1150 °C и быстрым охлаждением в воде (за-
калка).
Содержание углерода в основном металле
и металле шва до 0,02—0,03% полностью ис-
ключает выпадение карбидов хрома, а следова-
тельно, межкристаллитную коррозию.
На практике нашли применение следующие
пути предотвращения трещин при сварке высо-
колегированных сталей: создание в металле
шва двухфазной структуры (аустенит и феррит);
ограничение в шве содержания вредных приме-
сей (серы, фосфора, свинца, сурьмы, олова,
висмута) и введение таких элементов, как мо-
либден, марганец, вольфрам; применение элек-
тродных покрытий основного и смешанного
видов; создание при сварке менее жесткого со-
стояния изделия.
Практикой сварки аустенитной стали уста-
новлено, что с увеличением жесткости при вы-
полнении шва необходимо к аустениту прибав-
лять феррита в количестве от 2 до 10%. В этом
случае пластичность металла шва по сравне-
нию с аустенитным швом повышается и усадка
даже при жестком состоянии сварного изделия
происходит за счет повышенной пластической
деформации металла шва без образования
трещин.
Применение электродов с основным или
смешанным покрытием с легированием' метал-
ла шва молибденом, марганцем, вольфрамом
придает металлу шва мелкозернистое строение.
В этом случае пластические свойства металла
возрастают и при усадке горячие трещины в нем
не возникают.
Для получения сварных соединений без тре-
щины в процессе сварки рекомендуется свари-
ваемые детали собирать с зазором (рис. 102)
й йо возможности применять швы с низким про-
варом (коэффициент формы провара должен
быть менее 2). Швы лучше выполнять тонкими
электродами диаметром 1,6—2,0 мм при мини-
мальной погонной тепловой энергии.
Сварные соединения с неоднородным швом
как после сварки, так и после термической обра-
ботки обладают меньшей прочностью по срав-
нению с основным металлом. Кроме того,
в таких неоднородных сварных соединениях при
эксплуатации с высоким нагревом наблюдаются
диффузионные явления между металлом шва и
околошовным металлом для выравнивания
химического состава, что приводит к появле-
нию холодных трещин в околошовном металле,
в зоне металлической связи. Поэтому выбор
типа электрода при дуговой сварке различных
Рис. 102.’ Влияние коэффициента формы проввра (а б)
и зазора в корне шва (в, г) на стойкость аустенитного
углового шва против образования кристаллизацион-
ных трещин
121
chipmaker.ru
марок высоколегированных сталей и сплавов
должен быть строго обоснован.
Подогрев (общий или местный) до темпе-
ратуры 100—300°С рекомендуется при сварке
всех высоколегированных сталей и сплавов в
зависимости от характера микроструктуры ос-
новного металла, содержания yi лерода, тол-
щины и жесткости изделия. Для мартенситных
сталей И сплавов подогрев изделия обязателен;
для аустенитных сталей он ирименяетея редко.
Подогрев способствует более равномерному
распределению температур по изделию в про-
цессе сварки и охлаждению с меньшими ско-
ростями, в результате чего не образуются кон-
центрированные усадочные деформации по се-
чению сварного соединения и трещины не воз-
никают.
Перегрев (укрупнение зерен) металла шва и
околошовного металла при сварке высоколе-
гированных сталей и силанов зависи! хими-
ческого состава и микроструктуры, |смпср.тгу-
ры нагрева и длительности пребывания металла.
при высокой температуре. Обычно при сварке
больше перегреваются однофазные ферритные
стали.
Высоколегированные стали, содержащие
углерода более 0,12% (31Х19Н МВЬТ,
36Х18Н25С2, 55Х20Г9АН4, 17Х18Н9 и др.)
свариваются с предварительным подогревом
до 300 “С и выше с последующей термической
обработкой сварных изделий.
Сварочная проволока, виды электродных по-
крытий и типы покрытых электродов дли снарки
Для сварки высоколегированных сталей с
особыми свойствами применяют сварочную
проволоку, например Св-04Х19Н9,
Св-05Х 19Н9ФЗС2, Св-06Х19Н9Т,
Св-07Х19Н10Б, Св-О8Х2ОН9С2БТЮ,
Св-10Х16Н25М6А — всего 41 марка по
ГОСТ 2246—70.
Электроды берут с основными, руйглоос-
новными и рутилофлюоритноосновными по-
крытиями. Дуговая сварка аустенитных сталей
электродами с основным покрытием приводит
к nayi леров иванию металла meh что вызы-
вает снижение стойкости его против межкрис-
таллитной коррозии. Науглероживание про-
исходит за счет разложения мрамора, который
содержится в большом количестве в этом по-
крытии. Науглероживание металла шва исклю-
38. Примерный выбор покрытых электродов для сварки
высоколегированных сталей с особыми свойствами
Класс микрострук- туры и марка свариваемой стали Марка электрода М^ркд сварочной проволоки Вид покрытия Условия работы сварного изделия
Аустенитный 12Х18Н9 УОНИИ 13/НЖ ('11-06X19119'1 < >сновной Слабоагрессивная среда при нормальной температуре
12X18Н9 ОЗЛ-8 (3<-08Х|9Н9Т » То же
12Х18Н9 цл-и ('В-04Х19Н9Б » Агрессивная среда при нор- мальной температуре
12Х18Н9 ОЗЛ-7 CB-02XI9H9 » То же
12Х18Н9 ЦТ-15-1 СВ-О2Х12Н12Т » При температуре 600— 650°С
12Х18Н9 ОЗЛ-14 СВ-02Х19Н9 . Рутилоосновной С нагревом до 350°С
12Х18Н9 ОЗЛ-17 СВ-03Х23Н28 мздзт То же Сильная агрессивная среда с нагревом до fSO°C
12Х18Н9 ОЗЛ-22 СВ-О2Х18Н1О » Сильная окислительная сре- да (азотная и другие кислоты)
Мартенситный 20Х17Н2 УОНИИ-ЮХ17Т СВ-О8Х17Т Основной Слабоагрессивная среда с нагревом до 600°С (аппарату- ра нефтеперерабатывающих заводов)
20Х17Н2 АН-В-10 0-08X173 Рутилофлюори- тноосновной То же
11Х11Н2В2МФ ЦЛ-32 СВ-О8Х11В2МФ Основной »
Аустенитно- ферритный 12Х21Н5Т цл-зз Рутилоосновной »
122
chipmaker.ru
чается при сварке аустенитной стали электро-
дами с рутиле основным покрытием (например,
ОЗЛ-14), содержащего мрамора только 10%
вместо 35—45% в электродах с основным по-
крытием (например, УОНИИ-13/НЖ).
Ориентировочный выбор марки сварочной
проволоки, вида покрытия и типа электрода при
дуговой сварке высоколегированных сталей и
сплавов в зависимости от назначения сварного
изделия приведен в табл. 38.
ГОСТ 10052—75 предусматривает 49 типов
покрытых электродов для ручной дуговой свар-
ки высоколегированных сталей с особыми свой-
ствами, например, Э-02Х19Н9Б, Э-О4Х20Н9,
Э-07Х20Н9, Э-06Х22Н9, Э-О6Х13Н,
Э-08Х20Н9Г2Б, Э-08Х14Н65М15В4Г2,
Э-10Х20Н70Г2М2В.
Каждый тип электрода включает одну или
несколько марок покрытых электродов.
Условное обозначение электродов для ду-
говой сварки выполняется по ГОСТ д466—75
(см. гл. V). При этом во второй строке условно-
го обозначения электродов группа индексов,
указывающих характеристики наплавленного
металла и металла шва, состоит из четырех
цифровых индексов для электродов, обеспечи-
вающих аустенитно-ферритную структуру на-
плавленного металла, и из трех цифровых ин-
дексов — для остальных электродов.
Первый индекс показывает стойкость на-
плавленного металла и металла шва против
межкристаллитной коррозии (в зависимости от
метода испытания в табл. 3 -тандарта приняты
индексы от 0 до 5). Второй индекс указывает
максимальную рабочую, температуру, при ко-
торой обеспечивается относительно длитель-
ная прочность наплавленного металла и ме-
талла шва (по табл. 4 в стандарте введены циф-
ровые индексы отв до 9). Третий индекс пока-
зывает допускаемую рабочую температуру
сварных соединений, выполненных данными
электродами при сварке жаростойких сталей
(см. табл. 5). Четвертый индекс указывает со-
де( жание ферритной фазы в наплавленном ме-
талле для электродов, обеспечивающих аусте-
нитно-ферритную структуру наплавленного ме-
талла (см. табл. 6).
Все данные, необходимые для составления
группы индексов, берутся из паспортов на элек-
троды конкретных мапок
Газовая сварка аустенитных сталей произ-
водится пламенем мощностью 70—75 дм3 аце-
тилена/ч на 1 мм толщины металла. Окисли-
тельное пламя не допускается, так как оно вле-
чет выгорание хрома. Для присадки применя-
ют сварочную проволоку марок Св-02Х19Н9Т,
Св-08Х19Н10Б и других с минимальным со-
держанием углерода, легированную ниобием
или титаном. Тем не менее, при газовой сварке
титан почти полностью выгорает и не может
обеспечить стойкость металла шва против меж-
кристаллитной коррозии. Кроме этого, нержа-
веющие стали при температурах нагрева 500—
850°С с низкими скоростями охлаждения, ко-
торые сопутствуют газовой сварке, выделяют
по границам зерен карбиды хрома, являющиеся
центрами коррозии металла.
Диаметр проволоки выбирают приблизи-
тельно равным толщине основного металла
при толщине листов 1—6 мм.
При сварке в большинстве случаев пользу-
ются флюсами, например, марки НЖ-8 такого
состава: 28% мрамора, 30% фарфора, 10% фер-
ромарганца. 6% ферросилиция, 6% ферротита-
на и 20% двуокиси титана. Флюс разводится
на жидком стекле и наносится на кромки дета-
лей в виде пасты. Сварка производится после
высыхания флюса
Сварка двухслойных сталей. Двухслойные
стали состоят чаще всего из низкоуглеродистой
стали и покрывающего ее слоя коррозионно-
. стойкой стали. В качестве антикоррозионного
слоя применяют аустенитные стали марок
U8X18H10T, O8X17H13M3T и подобных им.
Дуговая сварка двухслойной стали по технике
выполнения швив аналогична сварке однослой-
ного металла. Чаще всего шов выполняется
вначале со стороны углеродистой стали, затем
наплавленный металл со стороны плакирующе-
го слоя зачищается и сваривается уже плаки-
рующий слой. Электроды по химическому со-
ставу должны быть однородны с металлом пла-
кирующего, например для стали 08Х17Н16МЗТ
применяют электроды с покрытием марки
НЖ-16 и проволоку марки Св-06Х19Н10МЗТ.
Для сварки аустенитными электродами приме-
няют постоянный ток обратной полярности.
Контрольные вопросы
1. Что такое свариваемость металлов?
2. Как следует разрабатывать технологию на свар-
ку углеродистых сталей в зависимости от содер-
жания в них углерода?
3. Каковы особенности сварки низколегированных
сталей?
4. Что такое разупрочнение при сварке термически
обработанной стали?
5. Как нужно подбирать покрытые электроды для
сварки аустенитных сталей?
chipmaker.ru
ГЛАВА XVII
СВАРКА ЧУГУНА
Chiomaker.ru
§ 80. Свойства чугунов
Чугуном называют сплав железа с углеро-
дом, содержащий от 2,14 до 6,7% углерода.
Чаще всего применяются чугуны, с содержа-
нием от 2,6 до 3,6% .углерода, до 5% кремния
и до 2% марганца и примесей серы и фосфора.
В Специальные чугуны вводят легирующие До-
бавки: никель, хром, молибден, ванадий, титан.
В зависимости от состояния углерода и легиру-
ющих добавок в сплаве различают белые,
серые, ковкие и высокопрочные чугуны.
Белый чугун имеет в изломе белый или свет-
ло-серый цвет; углерод в нем находится в хими-
чески связанном состоянии . в виде карбида
железа — цементита Fe3C. Цементит хрупок,
обладает высокой твердостью (800 НВ), по-
этому и белый чугун имеет высокую твердость
и хрупкость, не поддается механической обра-
ботку и ограниченно применяется в качестве
конст рукционного материала.
Серый чугун (ГОСТ 1412—70) имеет в изло-
ме серебристый цвет, объясняемый содержа-
нием части углерода в виде пластинчатого гра-
фита и части углерода в химически связанном
состоянии в виде перлита.
В расплавленном чугуне углерод находится
в виде цементита, способного при высоких
температурах растворяться в железе.
При медленном охлаждении цементит выпа-
дает из раствора с разложением его на состав-
ляющие — свободный углерод в виде графита
и свободное железо. В этом случае образуется
серый чугун. Быстрое охлаждение приводит
к образованию белого чугуна — частично вы-
павший из раствора цементит не успевает раз-
ложиться на составляющие и остается в виде
хрупкой микроструктуры.
Ковкий чугун получают из белого, специ-
альной термической обработкой для повышения
пластических свойств по сравнению со свойст-
вами серого чугуна.
Высокопрочный чугун (ГОСТ 7293—70) со-
держит графит шаровидной формы, получае-
мый в результате добавления в сплав некоторых
элементов (магний, церий и др.) и продувания
через жидкий чугун азота.
Марки чугунов обозначаются: СЧ 12—28
(серый чугун, с временным сопротивлением
при растяжении 12 кгс/мм2 и при изгибе
28 кгс/мм2); КЧ 30—6 (ковкий чугун с времен-
ным сопротивлением при растяжении не менее
30 кгс/мм2 и относительным удлинением не
менее 6%); ВЧ 38—17 (высокопрочный чугун
с временным сопротивлением при растяжении
не менее 38 кгс/мм2 и относительным удлине-
нием не менее 17%).
Чугуны менее'прочны и более хрупки, чем
стали, но дешевле сталей и лучше отливаются
в формы. Поэтому чугуны широко использу-
ются для изготовления литых'изделий.
§ 81. Свариваемость чугунов
Затруднения при сварке чугунов объясня-
ются следующими их свойствами:
1. Отсутствие площадки текучести чугуна
и низкая пластичность приводят К появлению
трещин при напряжениях, достигающих вре-
менного сопротивления. Эти напряжения могут
быть внутренними, возникающими при нерав-
номерном нагреве и охлаждении во время от-
ливки или сварки деталей, и внешними — от пе-
регрузок при эксплуатации изделия. Трещины
могут возникать как в целом металле, так и в
металле шва в процессе сварки и при охлажде-
нии сварного изделия.
•2. Склонность чугуна при высоких скоро-
стях охлаждения закаливаться с образованием
закалочных структур (мартенсита, бейнита,
троостита). В закаленных участках чугун ста-
новится твердым (800 НВ) и не поддается меха-
нической обработке. Закалочные структуры
вредны еще и потому, что их образование сопро-
вождается появлением закалочных напряжений
и образованием трещин. Удельная плотность
закалочной микроструктуры в виде мартенсита
значительно ниже удельной плотности железа
(см. гл. VI), разница в удельных плотностях
приводит, к напряжениям и межзеренным тре-
щинам.
3. Способность чугуна к отбеливанию при
быстром охлаждении места сварки обычно при-
124
chipmaker.ru
водит к образованию тонкой отбеленной про-
слойки на границе сварного шва и металла
изделия. Эта отбеленная прослойка имеет низ-
кую пластичность по сравнению с другими
участками сварного соединения, и под влиянием
растягивающей силы, образующейся при охлаж-
дении сварного соединения, она вместе с на-
плавленным металлом откалывается от основ-
ного металла или вызывает трещину по грани-
це отбеленной прослойки с основным металлом.
4. Чугуны не имеют тестообразного состоя-
ния при переходе от жидкого к твердому. Это
свойство чугуна затрудняет сварку его в на-
клонном и вертикальном положениях и не
позволяет вести сварку в потолочном поло-
жении.
5. Склонность к образованию пористости,
что объясняется низкой температурой плавле-
ния (Тпл чугуна 1142°С при содержании угле-
рода 4,3"/,'; промышленные чугуны обычно име-
ют Тпл=1200—1250°С) и быстрым переходом
из жидкого в твердое состояние. Поэтому газы
(в основном СО и СО2, образующиеся при окис-
лительной атмосфере) не успевают выделиться
из металла.
6. Разнородность чугунных изделий по хи-
мическому составу, термической обработке и
структуре, что требует разнообразной техно-
логии и приемов сварки. Мелкозернистые серые
чугуны свариваются лучше, чем крупнозерни-
стые. Плохо свариваются так называемые чер-
ные чугуны, которые в изломе имеют крупно-
зернистое строение темного цвета. Такие чугу-
ны называют графитными, так как в них весь
углерод находится в виде свободного графита.
При сварке чугуна с такой структурой не полу-
чается необходимое качество сварного соеди-
нения.
Высокопрочные и ковкие мелкозернистые
чугуны свариваются лучше, чем серые.
Чугун обрабатывается сваркой, сварко-пай-
кой и пайкой. Этими видами обработки могут
устраняться внешние пороки в отливках, вы-
полняться ремонт чугунных изделий, вышедших
из строя при эксплуатации, и соединяться чу-
гунные части при изготовлении сварно-литых
конструкций, причем используются те же виды
сварки, что и. для сталей.
Однако в промышленности широкое при-
менение нашли только дуговая и газовая
сварка.
Чугунные изделия сваривают с подогревом
(горячая сварка) и без подогрева (холодная
сварка).
§ 82. Горячая сварка чугуна
Горячую сварку можно применять для изде-
лий ограниченных размеров и массы, практи-
чески до 2,5 т, так как при большом объеме
нагретого металла производить сварку трудно.
Горячая сварка чугуна выполняется в такой
последовательности.
1. Подготовка к сварке. Раковины и шлако-
вые включения полностью удаляются обычно
механическим способом — вырубкой’ или свер-
лением. Трещины, подлежащие заварке, выру-
баются с V-образной или чашеобразной раз-
делкой; невырубленным остается притупление
в 3 ^6 мм. Если объем металла, подлежащего
наплавке, велик и превышает 60 см3, то место,
предназначенное к сварке, должно быть зафор-
мовано так, чтобы можно было обеспечить за-
полнение этой части ванны жидким чугуном.
Формовку выполняют графитовыми пласти-
нами или формовочным песком, замешанным
на жидком стекле. Формовка должна исключить
возможность вытекания жидкого металла из
ванны (рис. 103). Объем расплавленной ванны
Рис. ЮЗ. Подготовка чугунного изделия с трещиной
под сварку с подогревом:
1 — трещина, 2 — графитовые пластины, 3 — фор-
мовочная смесь, 4 — графитовая вставка, 5 — сва-
риваемое изделие
125
chipmaker.ru
должен обеспечивать возможность поддержа-
ния ее в жидком состоянии.
После заварк” одной секции и затвердения
заваренного участка вставка вынимается.
2. Подогрев изделий производится в печах
или специальных нагревательных ямах. Обычно
температура нагрева при газовой сварке под-
держивается в пределах 450—600°C и при ду-
говой сварке — 700—850°C. Подогрев чугун-
ных изделий перед сваркой до таких высоких
температур требуется для того, чтобы снизить
скорость охлаждения металла шва и придать
ему относительно высокие пластические свой-
ства и возможность обработки режущим ин-
струментом; подогрев необходим также поите
сварки, чтобы происходило равномерное ох-
лаждение всего изделия и не возникали тре-
щины. Более высокая температура подогрева
чугунного изделия при дуговой сварке объяс-
няется тем, что погонная тепловая энергия в
этом случае меньше, чем при газовой сварке.
3. Присадочным материалом при горячей
сварке служат чугунные прутки марок А и Б
(ГОСТ 2671—70, табл. 39), в которых графити-
39. Состав чугунных присадочных прутков (по ГОСТ 2671—70)
Марка прутка Химический состав, %
углерод кремний маргаиеп фосфор сера хром никель
менее
А Б 3,0—3,5 3,0—3,4 3,5—4,0 0,5-0,8 0,2—0,4 0,3—0,5 0,08 0,05 0,3
зация углерода обеспечивается повышенным
содержанием кремния. В результате этого на-
плавленный металл имеет преимущественно
ферритную структуру; прочность его ниже проч-
ности самого чугунного изделия. Заводом
«Станколит» предложены специальные низко-
легированные прутки (табл. 40), обеспечиваю-
щие наплавленный металл перлитной струк-
туры. Литые стержни имеют диаметры 4, 6.
8, 10, 12 мм.
40. Состав низколегированных чугунных присадочных прутков
Марка прутка Химический состав, %
углерод кремний марганец сера фосфор хром никель титан медь ОЛОВО
менее менее
А Б 3,3—3,5 3,4—3,7 0,5—0,7 0,04 0,15 0,10 0,10 0,60 0,10 2,0—2,5 0,3—0,5
4. Выполнение сварки. Газовая сварка про-
изводится нормальными пламенем горелкой с
наконечниками № 5—8. Допускается сварка
науглероживающим пламенем. Применение
флюсов (табл. 41) при газовой сварке чугунов
обязательно.
Флюсы предназначены для удаления из сва-
рочной ванны окислов растворением и перево-
дом их в легкоплавкие шлаки, а также для улуч-
шения сцепления между расплавленным и ос-
новным металлом на участке неполного рас-
плавления. Чаще всего в качестве флюса исполь-
зуют прокаленную буру или смесь из 50% угле-
кислого и 50% двууглекислого натрия. ВНИИ
автогенмаш рекомендует флюсы ФСЧ-1 и
ФСЧ-2. Первый флюс состоит из 23% прокален-
ной буры, 27% углекислого натрия и 50% азотно-
кислого натрия. Добавка к этой смеси неболь-
шого количества (1—2%) углекислого лития
(флюс ФСЧ-2) улучшает растворяющие и сма-
чивающие свойства флюса при сварке. Однако
он дороже флюса ФСЧ-1 и употребляется лишь
при низкотемпературной сварке.
Защиту сварочной ванны эффективно вы-
126
chipmaker.ru
поднять газообразным флюсом БМ-1, состоя-
щим из летучей бороорганической жидкости
(он чаще применяется для сварки латуней, см.
гл. XVIII).
При газовой сварке чугунный пруток по-
гружают в сварочную ванну только после на-
грева его конца до температуры светлокрасного
каления. Пруток вынимают из ванны по воз-
можности редко и только для нанесения флюса.
41. Флюсы, применяемые при сварке чугуна
5) в)
Рис. 104. Форма сварочной ванны в зависимости от
ее нагрева:
а — холодная, б — перегретая, в — нормальная
Номер флюса Состав, %
1 Плавленная бура —100
2 Прокаленная бура —100
3 Техническая бура —100
4 Прокисленная бура — 56 Углекислый натрий — 22 Углекислый калий — 22
5 Техническая бура — 50 Двууглекислый натрий — 50
6 Плавленная бура — 23 Углекислый натрий — 27 Натриевая селитра — 50
7 Прокаленная бура — 50 Натриевая селитра — 50 Керосин — 4 (сверх 100)
Основной металл и присадочный пруток пла-
вятся под флюсом.
Дуговая сварка чугуна выполняется как
угольным электродом с применением чугунного
присадочного прутка, так и покрытыми чугун-
ными электродами. Для удаления окислов крем-
ния при сварке угольной дугой используют те
же флюсы, что и при газовой сварке чугуна.
Режимы дуговой сварки чугуна угольным
электродом приведены в табл. 42.
42. Режимы дуговой сварки чугуна угольным
электродом
Толщина стейка свариваемой детали, мм Диаметр угольного электрода, мм Сварочный ток, А
6—8 6—8 180—240
8—10 6—8—10 190—300
10—12 8—10—12 220—360
12—18 10—12 240—4'0
При дуговой сварке металл сварочной ван-
ны также поддерживают в жидком состоянии
до полного заполнения дефекта или заформован-
ного блока. Это обеспечивает наиболее полное
удаление газов и неметаллических включений
из металла шва и равномерную структуру в
металле шва и околошовном металле.
- Качество соединения свариваемых частей и
температура, от которой оно зависит, опреде-
ляются формой сварочной ванны. Выпуклая
поверхность ванны (рис. 104, а) говорит о пло-
хом соединении.
В этом случае сварщик должен увеличить
нагрев стенок изделия. Когда ванна чрезмерно
горяча, расплавление стенок изделия идет весь-
ма интенсивно, образуется очень характерный
подрез стенки (рис. 104, б); в этом случае тре-
буется пламя или дугу перенести в центр ванны,
уменьшить температуру ванны добавлением в
нее кусочков стержней, электродов или заранее
приготовленных мелких кусков чугуна.
Правильный процесс сварки характеризу-
ется вогнутой поверхностью сварочной ванны
(рис. 104, в) без подреза; жидкий чугун хорошо
смачивает стенки детали.
Многослойная сварка чугуна применяется
редко и лишь в случаях, когда невозможно
поддерживать всю ванну в жидком состоянии.
5. Охлаждение изделий производится с ма-
лой скоростью, иногда в течение 3—5 суток.
Подготовка к охлаждению заключается в том,
что посте окончания сварки поверхность метал-
ла шва засыпается слоем мелкого порошка
древесного угля, а все изделие со всех сторон
закрывается асбестовыми листами и сухим
песком.
При дуговой сварке чугуна с подогревом
применяют чугунные стержни, указанные в
табл. 39 и 40 с покрытием, например, ОМЧ-1.
Состав покрытия ОМЧ-1 следующий: 25% мела,
41% графита, 25% плавикового шпата, 9% ферро-
марганца, 30% жидкого стекла к массе сухой
смеси. Толщина покрытия 0,2—0,3 мм на сто-
рону. Сварочный ток для стержня диаметром
6 мм — 250 А; для стержня диаметром 12 мм —
600 А. Удовлетворительные результаты полу-
127
chipmaker.ru
йены при наплавке чугуна чугунным электродом
по слою гранулированной шихты — 30",, чу-
гунной стружки, 28% ферросилиция (75%-ного),
30% алюминия, 12% силикокальция. Смесь ших-
ты в измельченном состоянии замешивается на
жидком стекле, прокаливается при 300°C и
размалывается в крошку размеро*4 зерен
1—3 мм. Толщина слоя шихты при наплавке
составляет 8—10 мм.
При диаметре чугунного электрода 6—8 мм
сварочный ток 200—4Р0 А. Род тока — любой,
при постоянном токе применяют прямую по-
лярность.
§ 83. Холодная сварка чугуна
Применяя электроды из различных сплавов
с покрытиями разного состава, можно полу-
чить металл шва с нужной прочностью и вяз-
костью, но избежать закалки в зоне плавления
при сварке без подогрева изделия не удается.
Можно лишь -несколько уменьшить толщину
закаленной прослойки, применяя многопро-
ходную сварку на малых силах тока.
Холодная сварка чугуна производится сталь-
ными электродами, комбинированными элек-
тродами и электродами с чугунными стержнями.
Рис. 105. Подготовка чугунного изделия к холодной
сварке со стальными шпильками:
1 — стальные шпильки, 2 — стальная связь, 3 — на-
плавка медно-никелевым электродом
Сварка стальными электродами с примене-
нием шпилек. Этот способ сварки широко при-
меняется при ремонте крупногабаритных чугун-
ных изделий. Здесь сварка комбинируется с ме-
ханическим усилением зоны плавления вверты-
ванием в тело изделия стальных шпилек, ко-
торые связывают металл шва и основной ме-
талл, разгружая хрупкую закаленную про-
слойку.
При изломе изделия с толщиной стенки до
12 мм шпильки могут ввертываться без разделки
кромок. При толщинах более 12 мм место из-
лома подготавливается с У-образной или Х-об-
разной разделкой. Если на поверхности изделия
43. Примерное размещение шпилек при сварке чугуна
Толщина чу- гунной детали в месте изло- ма, мм Плошадь излома на 100 мм шва, см2 Общая плошадь сечения шпилек на 100 мм шва (на одну сторону толщины при коэффициенте 5), см2 Диаметр Шпильки, мм Площадь се- чения одной шпильки, см2 Количество шпилек на 100 мм дли- ны шва, шт. Расстояние между шпильками в ряду, мм Расстояние между рядами шпилек, мм
10 10 2,0 6 0,167 12 20—25 12—15
20 20 4,0 10 0,492 8 30—40 20—25
40 40 8,0 12 0,718 11 40—50 25—30
60 60 12,0 12 0,718 17 40—50 25—30
80 80 18,0 16 1,373 13 50—60 30—40
100 100 20,0 16 1,373 15 50г—60 30—40
не допускается выступ наплавленного Металла,
то разделку производят так, как показано на
рис. 105. Канавку вырубают на глубину 6—20 мм
в зависимости от толщины изделия: затем ввер-
тывают шпильки. Диаметр шпилек зависит от
толщины завариваемого изделия: при толщине
до 12 мм диаметр шпильки должен быть не
более 6 мм; диаметр шпилек более 16 мм и
менее 3 мм не рекомендуется. Диаметр шпилек
</=(0,15—0,2) У, где S —толщина детали, мм.
Количество шпилек, которые нужно поста-
вить на одну сторону трещины, зависит от ка-
чества чугуна, нагрузки, которую несет деталь,
длины трещины и др. Максимальное количество
шпилек по их плошади не должно превышать
0,25 площади излома детали. Примерное раз-
мещение шпилек представлено в табл. 43.
Высота шпилек над поверхностью равна
chipmaker.ru
Рис. 106. Схема расположения стальных связей в
металле шва при холодной сварке чугуна:
1 — шпильки, 2 — стальные связи
0.5—1 диаметра шпильки, но не более 5—6 мм;
глубина ввертывания — 1,5 диаметра шпильки.
При сверлении отверстий и нарезании резьбы
нельзя применять масло. Шпильки должны
быть ввернуты до упора.
Лучшие результаты дают электроды марки
УОНИИ-13/55. Электроды любой марки бе-
рутся диаметром не более 3—4 мм, сила тока
для электродов диаметром 3 мм — 90^-100 А.
Уменьшенная сила тока обеспечивает малую
глубину расплавления чугуна и минимальный
нагрев изделия, что уменьшает отбеливание и
предотвращает появление трещин.
Процесс сварки. Сначала кольцевы-
ми швами обвариваются ввернутые шпильки.
Обварку нужно производить вразброс для рав-
номерного нагревания детали. Потом заплав-
ляют участки между обваренными шпильками,
причем заварка также ведется отдельными
участками. Длина каждого валика не Должна
превышать 100 мм. Второй слой валиков нано-
сится перпендикулярно направлению валиков
первого слоя. После нанесения наплавки на
каждую сторону поверхностей кромок перехо-
дят к заварке разделки и трещины. Диаметр
электродов можно принять 4 мм и сварочный
ток 120—140 А.
Для ускорения заварки трещины в изделии
толщиной более 10 мм вводят (рис. 106) допол-
нительные стальные связи. Связи и промежутки
между ними провариваются неполностью. Свер-
ху вся поверхность сварного соединения по-
крывается стальным наплавленным металлом.
Сварка стальными электродами с примене-
нием шпилек может выполняться в любом про-
странственном положении без демонтажа всего
чугунного изделия.
Сварка специальными покрытыми электро-
дами. Институт электросварки им. Е. О. Патона
АН УССР для заварки дефектов чугунного
литья в холодном состоянии предложил по-
рошковую проволоку марки ППЧ-1. При диа-
метре проволоки 3 мм сварочный ток устанав-
ливают 250- -280 А, напряжение дуги — 28—
32 В, скорость подачи проволоки 180 м/ч.
Применяется также самозащитная проволока
ПАНЧ-11.
Медно-железные электроды ОЗЧ-1 состоят
из медного стержня и покрытия: 50% железного
порошка, 27% мрамора, 7,5% плавикового шпа-
та, 4,5% кварца, 2,5% ферромарганца, 2,5% фер-
росилиция, 6,0% ферротитана, 0,5% соды. Свар-
ка производится с большой осторожностью,,
чтобы не допустить появления хрупкой зака-
ленной прослойки и трешин. Сварное соеди-
нение возможно обрабатывать твердосплав-
ным инструментом.
Медно-никелевые электроды МНЧ-1 состоят
из проволоки монель-металла (28% меди, 2,5%
железа, 1,5% марганца, остальное — никель)
или из константановой проволоки (40% никеля,
1,5% марганца, остальное — медь).
Электроды ЦЧ-ЗА имеют железоникелевую
основу (проволока Св-08Н50). Эти электроды
обеспечивают высокую прочность и обрабаты-
ваемость сварного соединения и отсутствие
трешин.
§ 84. Пайка чугуна
Пайка представляет собой процесс соедине-
ния деталей нагревом до температуры плавле-
ния припоя, заполняющего зазор между соеди-
няемыми деталями. Основной металл при пайке
не плавится. В качестве припоев используют
специальные чугунные материалы (НЧ-2,
УНЧ-2), латунные припои (ЛОК59-1-03,
ЛОМНА-49-08-Ю-4-04), легкоплавкие оловя-
нисто-свинцовые припои (ПОС-30, ПОС-40),
а также цинковые припои.
Температуры плавления припоев приведены
ниже.
Марка припоя Тпл, °C
НЧ . . ... . . 900—950
УНЧ ................................. 750—800
ЛОК59-1-63 (ГОСТ 16130—70) . 905
ЛОМНА 49-0,8-10-441,4 ................. 835 .
Цинковый припой, Ц ........ 300—350
F29
chipmaker.ru
Пайка чугуна применяется в тех случаях,
когда прочность сварного соединения обеспе-
чивается без расплавления основного металла.
Подготовленная под пайку поверхность подо-
гревается пламенем газовой горелки до темпе-
ратуры плавления чугунного или латунного
припоя (800—950сС). Вначале следует образо-
вать отдельные расплавленные капли припоя,
44. Флюсы для пайки чугуна
Марка флюса Состав, % Темпе- ратура плавле- ния, °C Припои
ФСЧ-2 Азотнокислого нат’рня — 50 900 Чугунные
МАФ-1' Углекислого нат- рия — 26,5 Обезвоженной бу- ры — 23 Углекислого нат- рия — 0,5 Плавленной бу- ры — 33 Соды кальциниро- ванной — 12 Селитры натрие- вой — 27 Окиси кобальта — 7 750 Чугунные
ФПСЧ-1 Фтористо-цирко- ниевого натрия — 12,5 Фтористого калия — 8,5 ' Углекислого ли- тия — 25+0,5 Кальцинированной соды — 50 + 1 650 Латунные
ФПСЧ-2 Борной кисло- ты — 50 + 1 0,5 углекислого лития — 22,5+0,5 0,5 кальциниро- ванной соды — 22,5+0,5 750 »
Борной кисло- ты— 45 + 1 Солевой плавлен- ной лигатуры —10 (72,5%NaCl +27,53' NaF)
которые должны с помощью флюсов легко
растекаться тонким слоем по кромке чугунного
изделия. Для того чтобы материал припоя
проникал в поры чугуна и лучше его смачивал,
во флюс добавляют активные вещества, спо-
собствующие смачиваемости чугуна и получе-
нию относительно прочной связи между при-
поем и основным металлом.
Пайку чугунными припоями целесообразно
применять для исправления мелких дефектов
на обработанных поверхностях чугунных де-
талей при необходимости получения структуры
чугуна в наплавленном металле.
Прутки УНЧ-2 по сравнению с прутками
НЧ-2 обеспечивают более плотную наплавку
за счет низкого содержания серы.
Состав флюсов для пайки приведен в табл. 44.
При пайке чугунным прутком с тугоплавким
флюсом ФСЧ-2 создается тонкая закалочная
структура в зоне сплавления; при использова-
нии флюса МАФ-1 закалочного участка не об-
разуется.
Пайка латунным припоем производится при
меньшей температуре нагрева (650—750°С), чем
пайка чугуном. Снижение температуры плавле-
ния латуни достигается за счет применения
флюсов ФПСЧ-1 или ФПСЧ-2, которые пла-
вятся при указанных температурах, частично
растворяют припой, смачивают поверхность
чугуна и образуют низкотемпературную ме-
таллическую связь на границе чугун — латунь
Для лучшего сцепления чугуна с латунью
графит с поверхности кромок предварительно
выжигают газовым пламенем с избытком кис-
лорода. Затем в разделку вносят флюс; после
расплавления флюса расплавляют латунный
припой, который образует жидкую ванну и за-
полняет разделку. Наплавленный металл сразу
же после сварки при температуре 600—700°С
проковывают ручным медным молотком.
Пайка легкоплавкими оловянисто-свинповы-
ми и цинковым припоями находит ограничен-
ное применение при устранении дефектов в
чугунных деталях. Этот вил применяют в тех
случаях, когда нет возможности использовать
другие, более совершенные виды. Пайка чугуна
легкоплавкими припоями затруднена плохим
смачиванием его поверхности; этот вид пайки
дает низкую прочность соединения.
Контрольные вопросы
1. Почему чугуны свариваются хуже сталей?
2. Когда прйменяют горячую и холодную сварки
чугунов?
3. Назовите примерные составы флюсов, которыми
пользуются при сварке чугунов.
4. Назовите марки электродов для холодной сварки
чугунов.
5. Какие флюсы применяют для пайки чугунов?
chipmaker.ru
ГЛАВА XVIII
СВАРКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
И ИХ СПЛАВОВ
Chlpmaker.ru
§ 85. Сварка меди и ее сплавов
Свариваемость меди. Медь сваривается пло-
хо ввиду ее высокой теплопроводности, жидко-
текучести и повышенной склонности к образо-
ванию трещин при сварке.
Теплопроводность меди при комнатной тем-
пературе в 6 раз больше теплопроводности
технического железа, поэтому сварка меди и ее
сплавов должна производиться с увеличенной
погонной тепловой энергией, а во многих слу-
чаях с предварительным и сопутствующим по-
догревом основного металла.
При переходе из твердого состояния в жид-
кое медь выделяет большое количество тепла
(скрытая теплота плавления), поэтому свароч-
ная ванна поддерживается в жидком состоянии
более длительное, время, чем при сварке стали.
Повышенная жидкотекучесть меди затрудняет
ее сварку в вертикальном, горизонтальном и
особенно в потолочном положениях.
Водород в присутствии кислорода оказы-
вает отрицательное действие на свойства меди.
Водород, проникающий в медь при повышен-
ных температурах сварки, реагирует с кислоро-
дом закиси меди (Cu2O+2H-»H2O+Cu), обра-
зует водяной пар, который, стремясь расширить-
ся, приводит к появлению мелких трещин. Это
явление при сварке меди называют «водородной
болезнью». Если сваривать медь покрытыми
медными электродами без подогрева сваривае-
мого изделия (с быстрым охлаждением), то
возникают горячие трещины.
Однако при сварке с подогревом, создаю-
щим условия медленного охлаждения, водяной
пар в большинстве случаев до затвердевания
металла выходит наружу; небольшая часть
водяного пара остается между слоем свароч-
ного шлака и поверхностью металла .шва
В результате этого поверхность металла шва
после удаления 'шлака становится неровной,
с мелкими углублениями («рябой»), что можно
избежать при очень медленном охлаждении шва.
Чем больше содержится кислорода в сва-
риваемой меди, тем значительнее проявляется
«водородная болезнь».
Примеси в меди мышьяка, свинца, сурьмы,
висмута и серы затрудняют сварку. Они прак-
тически не растворяются в меди, но образуют
с пен nei коплавкие химические соединения, ко-
торые, находясь в свободном состоянии, рас-
iiojiaiaioica по i раницам зерен и ослабляют
межатомные связи.. В результате под действием
раст я) ивающей усадочной силы в процессе
охлаждения сварного соединения образуются
юрячне трещины. Поэтому содержание каждой
из вредных примесей — кислорода, висмута,
свинца в меди и в сварочных материалах —
не должно быть более 0,03‘\„ а для особо ответ-
ственных сварных изделий—О,О Г’;,.
Коэффициент линейного расширения меди
больше коэффициента линейного расширения
железа, в связи с чем сварочные деформации
при сварке конструкций из меди и ее сплавов
несколько больше, чем при сварке сталей.
Виды сварки меди. При изготовлении свар-
ных конструкций из меди наибольшее распро-
странение получили следующие виды сварки
плавлением: дуговая сварка угольным электро-
дом, плавящимся электродом, под флюсом и в
защитных газах; газовая сварка.
Дуговая сварка меди производится
при повышенной силе сварочного тока, что обус-
ловлено значительной теплопроводностью ме-
ди. Кромки свариваемых деталей соединяются
с минимальным зазором из-за высокой жидко-
текучести меди. Иногда применяют сварку на
стальной подкладке.
Медные листы толщиной более 6 мм сле-
дует сваривать с предварительным подогревом
до 150—250°С. Тонкие листы (менее 5 мм) после
сварки проковывают в холодном состоянии,
а толстые (5—20 мм) — при температуре 200—
400°С*. Нагревать медь для проковки выше
400°C не рекомендуется, так как при высоких
температурах она становится хрупкой. Ковка
выполняется молотком со сферическим бойком.
Ковка должна производиться с двух сторон
сварного соединения нанесением ударов пер-
пендикулярно шву сначала по зонам сплавле-
ния, затем по средней части шва и в конце по
* При этой температуре обугливается сухая
древесина.
131
chipmaker.ru
зоне термического влияния. Повторять удары
по одному месту нельзя, чтобы избежать обра-
зования трещин от наклепа.
Для придания металлу сварного соединения
вязкости и пластичности после проковки ре-
комендуется нагреть его до температуры 550—
600°С и быстро охладить в воде. Эта термобра-
ботка гарантирует мелкозернистое строение
металла.
Режимы сварки угольным электро-
дом медных листов встык на стальной под-
кладке следующие:
Толщина ме-
талла, мм 1 2 4
Диаметр
угольного
электрода,
мм 5 6 6
Ток, А . 140— 190- 220-
190 250 300
Листы большей толщины нужно подгото-
вить со скосом кромок под углом 60—90°.
6 8 10
8 8 10
280— 300— 400—
400 450 500
Сварку ведут длинной дугой (10—15 мм),
при этом удобнее манипулировать электродом
и присадочной проволокой. Конец присадочной
проволоки должен находиться между концом
электрода и расплавленной ванной, не погру-
жаясь в нее. Расстояние между присадочным
металлом и изделием должно быть постоян-
ным и минимальным по величине. При увели-
чении расстояния происходит усиленное раз-
брызгивание металла и ухудшается формиро-
вание шва
Для сварки применяют постоянный ток пря-
мой полярности при напряжении дуги 40—50 В.
На обратной полярности дуга между угольным
(графитовым) электродом и изделием менее
устойчива и может поддерживаться только при
'малой ее длине.
В качестве присадочного металла исполь-
зуют проволоку из фосфористой бронзы, крем-
. нистой бронзы, фосфористой меди следующего
состава (в %):
Олово Фосфор Цинк Железо Марганец Кремний Медь
Фосфористая бронза 1,5—10,5 0,15—1,0 — — — — осталь- ное
Кремнистая бронза 2,0 — 0,2 0—2,5 0—1,25 1,0 4,0 осталь- ное
Фосфористая медь 4—8 — — — — осталь- ное
Для предохранения металла от окисления и
удаления закиси меди и других окислов приме-
няются при сварке флюсы вов (в %): следующих соста
Номер флюса 1 2 3 4
Борная кислота - 50 10—20 —
Бура прокаленная 100 50 60—70 50
Кислый фосфорно-
кислый натрий . . — — — 15
Кремниевая- кислота — — — 15
Древесный уголь . — — — 20
Поваренная соль — — 20—30 —
При сварке прутками из фосфористой брон-
зы можно в качестве флюса применять смесь
состава: 94—96% буры, 6—4% магния метал-
лического в порошке.
Флюс наносится в разделку и на присадоч-
ный пруток. Сварку во избежание окисления и
большого роста зерна ведут быстро и по воз-
можности в один проход.
Сварка меди покрытыми ме-
таллическими электродами дает
удовлетворительное качество в случаях, если
свариваемая медь содержит кислорода не более
0,01%. При содержании в меди кислорода в
количествах более 0,03% сварные соединения
имеют низкие механические свойства.
Для сварки меди применяют электроды
марки «Комсомолец-100». Состав покрытия
электрода «Комсомолец-100» следующий: пла-
виковый шпат—12,5%, полевой шпат— 15%,
ферромарганец Mnl, Мп2 — 47,5%, кремнистая
медь (73—75% меди, 23—25% кремния, не более
1,5% примесей) — 25%
Режимы сварки электродами «Комсомо-
лец-100» следующие:
Толщина металла, мм Диаметр электрода, мм Ток, А
ДО 3
3—5
свыше 5
свыше 5
3 150—200
4 250—300
5 350—450
6 500—600
Сварку ведут в нижнем положении на по-
стоянном токе обратной полярности. При свар-
ке листов толщиной более 6 мм требуется
132
chipmaker.ru
предварительный подогрев основного металла
де 300 400' С.
Газоваясварка медных листов тол-
щиной до 10 мм выполняется пламенем мощ-
ностью 150 дм3 ацетилена/ч на I мм толщины
металла. Листы большей толщины сваривают
пламенем из расчета 200 дм3/ч на 1 мм толщины
металла. Сварку лучше производить одновре-
менно двумя горелками с двух сторон восста-
новительным пламенем, с тем чтобы не допу-
скать образования в сварочной ванне окислов
меди. Сварка меди науглероживающим пла-
менем не допускается, так как при этом обра-
зуются поры и трещины в шве вследствие об-
разования газов СО2 и Н2О по реакциям:
СО+Cu2O-»CO2 + 2Си и Н2 + Cu2O-»H2O+2Cu.
Шов заполняется за один слой. Многослой-
ная газовая сварка вызывает перегрев металла
и трещины в швах. Чтобы избежать перегрева
меди, сварку следует вести с высокими скоро-
стями нагрева и охлаждения сварных соедине-
ний.
Металл толщиной до 2 мм сваривают встык
без присадочного материала, при толщине 3 мм
и более применяют V-образный скос кромок
с углом раскрытия 90° и притуплением 1,5—
2 мм. Толстые медные листы сваривают встык
с Х-образной разделкой кромок в вертикаль-
ном положении одновременно с двух сторон
двумя горелками. Присадочной проволокой
служит чистая медь или медь с содержанием
раскислителей: фосфора до 0,2% и кремния до
0,15—0,30%. Проволоку подбирают диаметра-
ми от 1,5 до 8‘мм в зависимости от толщины
свариваемых листов; проволока диаметром 8 мм
употребляется для листов толщиной 15 мм и
более.
Газовая сварка меди производится с флюса-
ми, которыми пользуются при дуговой сварке
угольным электродом.
Высокое качество сварного соединения по-
лучают, применяя газофлюсовую сварку, при
которой порошкообразный флюс засасывается
ацетиленом и подается непосредственно в пла-
мя горелки от специальной установки КГФ-2-66,
разработанной ВНИИавтогенмашем.
Применение проковки сварных соединений
еще более улучшает механические свойства
сварных соединений.
Сварка латуни. Латунь представляет собой
сплав меди с' пинком; температура плавления
латуни 800—1000°C.
При дуговой сварке из латуни интенсивно
испаряется цинк; расплавленный металл по-
глощает водород, который не успевает выде-
литься при затвердевании жидкого металла в
сварочной ванне, в результате чего в шве обра-
' зуются газовые поры. Водород попадает в сва-
рочную ванну из покрытия, флюса или воздуха.
Сварка латуней покрытыми электродами
находит ограниченное применение, в основном
для исправления брака литья. Это объясняется
сильным испарением цинка при дуговой сварке
по сравнению с газовой сваркой, дуговой под
флюсом или дуговой в защитном газе.
Для дуговой сварки латуни приме-
няют электроды с покрытием ЗТ, разработан-
ные Балтийским заводом в Ленинграде. Состав
электрод следующий: стержень из кремнемар-
ганцовистой бронзы Бр. КМц 3-1, содержащей
3% кремния и 1% марганца; покрытие из 17,5%
марганцовой руды, 13% плавикового шпата.
16% серебристого графита, 32% ферросилиция
75%-ного, 2,5% алюминия в порошке. Сварка
ведется постоянным током при обратной по-
лярности короткой дугой с целью снижения
выгорания цинка. От вытекания металла стык
защищают прокаленной асбестовой подклад-
кой с' обратной стороны стыка. При толщине
листов до 4 мм сварку ведут без разделки кро-
мок. При толщине листов более 4 мм разделка
кромок такая же, как и для стали. После сварки
шов проковывают, а затем отжигают при
600—650°С для выравнивания химического со-
става и придания металлу мелкозернистой струк-
туры.
Сварку латуни можно выполнять у г о л ь-
н ы м э л е к-т р о д о м на постоянном токе
при прямой полярности с применением флюсов.
При сварке латуни угольным электродом
используют фдюсы. Наибольшее распростра-
нение получил флюс БЛ-3 состава: 35% криоли-
та, 12,5% хлористого натрия, 50% хлористого
калия, 2,5% древесного угля.
Режимы сварки латуни угольным электро-
дом следующие
Толшииа Диаметр Диаметр Сварочный
металла, угольного присадочного ток, А
мм электрода, мм стержня, мм
3 6 4 180—200
5 10 6 240—270
10 18 8 400—450
14—16 20 10 450—550
Латунь толщиной до 10 мм сваривают без
подогрева, более 10 мм — с подогревом до
300—350°С.
133
chipmaker.ru
Газовая сварка латуней обеспечи-
вает лучшее качество сварных соединений, чем
дуговая покрытыми электродами. Для умень-
шения испарения пинка сварку латуни ведут
окислительным пламенем; при этом на поверх-
ности сварочной ванны образуется жидкая
пленка окиси цинка, препятствующая его испа-
рению. Избыточный кислород окисляет часть
водорода пламени и поглощение жидким ме-
таллом водорода уменьшается.
Для удаления окислов меди и цинка при га-
зовой сварке пользуются флюсами того же
состава. что и при дуговой сварке мели уюль-
ным мех «родом.
Для уменьшения испарения цинка и погло-
щения сварочной ванной водорода конец ядра
пламени должен находиться от свариваемого
металла на расстоянии в 2—3 раза большем, чем
при сварке стали.
Для (азовой сварки латуней ВНИИавю1ен-
маш разработал присадочную проволоку марки
ЛК62-О.5 (ГОСТ 16130—72), содержащую 60,5—
63.5% меди, 0,3—0,7% кремния, остальное —
цинк. В качестве флюса при сварке этой приса-
дочной проволокой применяют прокаленную
буру-
ВНИИавтогенмаш для сварки латуней раз-
работал самофлюсующую присадочную про-
волоку Л К £062-02-004-05 (ГОСТ 16130—72),
содержащую 60,5—63,5% меди, 0,1—0,3% крем-
ния, 0.03 0,1% бора, 0,3—0,7% олова, осталь-
ное — цинк. Бор, входящий в состав проволдки,
выполняет функции флюса. Применение дру-
гого флюса при сварке этой проволокой не тре-
буется.
Хорошее качество газовой сварки латуней
достигается применением флюса БМ-1 (раз-
работан ВНИИавтогенмаш), состоящего из 25",,
метилового спирта и 75" „ метилбората, или
флюса БМ-2, состоящего из одного метилбора-
та. Эти флюсы вводятся в сварочную ванну в
виде паров. Ацетилен пропускается через жид-
кий флюс, находящийся в особом сосуде (флю-
сопитателе), насыщается парами флюса и пода-
ется в горелку. В пламени флюс сгорает по реак-
ции 2В (СНЭО)3 + 9О2 = В2ОЭ + 6СО2 + 9Н2О.
Борный ангидрид В2О3 является флюсующим
веществом. Применение флюса БМ-1 повышает
производительность сварки, дает металл шва с
высокими механическими свойствами и обеспе-
чивает почти полную безвредность процесса
для сварщика.
Сварка бронзы. Бронза — это сплавы меди
с оловом (3—14"„ — оловянистые бронзы),
кремнием (до 1% — кремнистые бронзы), мар-
ганцем, фосфором, бериллием и др. Обычно
бронзы применяются для изготовления литых
деталей.
Сварные соединения марганцовистой брон-
зы (0,2—1% марганца) отличаются высокой
пластичностью и прочностью, несколько пре-
вышающей прочность сварных соединений меди.
Бериллиевые бронзы, содержащие до 0,05%
бериллия, образуют сварные соединения с удов-
летворительной прочностью.
Содержание более 0,5% бериллия в медном
сплаве приводит при сварке к окислению берил-
лия; образовавшиеся окислы с трудом удаля-
ются из сварочной ванны. Поэтому качество
сварных соединений из таких бронз невысокое.
Существует несколько десятков марок бронз.
По свариваемости бронзы значительно отли-
чаются друг от друга, поэтому и технология
сварки бронз разнообразна.
Сварку бронзы можно выполнять угольным
электродом с присадочным металлом, покры-
тыми электродами и неплавящимся (вольфра-
мовым) электродом в защитной среде аргона.
При сварке угольным электродом устанавли-
вается прямая полярность; напряжение дуги —
40—45 В; сварочный ток — 25—35 А на I мм
диаметра электрода. В большинстве случаев
требуется предварительный подогрев до тем-
пературы 300—400°С.
При сварке металлическими покрытыми
электродами берется обратная полярность;
сварка на переменном токе производится с
осциллятором (см. гл. XXI) при повышенном
токе.
Обычно присадочный материал подбирают
так. чтобы его химический состав был одина-
ковым с химическим составом свариваемого
металла.
При сварке угольным улектродом оловяни-
стой бронзы применяют присадочный металл
в виде прутков с химсоставом: 8% цинка,
3% олова, 6% свинца; фосфора, железа и нике-
ля — 0,2—0,3% каждого, остальное — медь.
Сварку марганцовистой бронзы (например,
Бр.Мп5) выполняют электродами «Комсомо-
лец-100», обязательно с предварительным по-
догревом до 400—500°С Для сварки алюминие-
вых и алюминиевоникелевых бронз (исправле-
ние дефектов литья) можно применять электро-
ды АНМц/ЛКЗ-АБ с предварительным подо-
гревом до 150—300°С. Сварка выполняется на
постоянном токе при обратной полярности
короткими участками.
134
chipmaker.ru
Как правило, бронзы сваривают в нижнем
или наклонном (до 15°) положении.
Газовая сварка бронз ведется восстанови-
тельным пламенем, так как при окислительном
пламени происходит выгорание легирующих
элементов (олова, алюминия, кремния). Мощ-
ность пламени устанавливают 100—150 дм3
ацетилена/ч на 1 мм толщины свариваемого
металла. При сварке пользуются теми же флю-
сами, что и для сварки меди и латуни.
Газовая сварка бронз дает прочность свар-
ных соединений, равную 80—100°(, прочности
свариваемого ме > алла.
§ 86. Сварка алюммшя и его сплавов
Алюминий обладает низкой прочностью
(<тв=8—10 кгс/мм2). поэтому его применяют
в основном в химическом аппарат остроении,
рамных конструкпиях, для оконных и дверных
переплетов и декоративных изделий в строи-
тельстве. Он обладает малой плотностью
2,7 г/смэ, повышенной коррозионной стойко-
стью н большой пластичностью по сравнению
с низкоуглеродистой сталью.
Повышенную прочность имеют сплавы алю-
миния с марганцем, магнием, кремнием, цин-
ком и медью.
Алюминий и его сплавы делят на литейные
и деформируемые (катаные, прессованные, ко-
ваные). Деформируемые сплавы подразделяют
на термически не упрочняемые, к которым от-
носятся сплавы алюминия с марганцем и маг-
нием, и термически упрочняемые, к которым
относятся сплавы алюминия с медью, цинком,
кремнием.
Наиболее выемкой прочностью обладают
термически упрочняемые алюминиевые спла-
вы. Например, механические свойства дюралю-
миния Д16 (3,8—4,9% меди, 1,2—1,8°-;, магния,
0,3—0,9% марганца, остальное — алюминий)
следующие: до термической обработки — 8В=
=22 кгс/мм2 и 8s =2%; после термической обра-
ботки —<тв=42 кгс/мм2 и 8, = 18%. Наибольшей
прочностью из термически упрочняемых алю-
миниевых сплавов обладает сплав В95 (ов=
=60 кгс/мм2, от= 55 кгс/мм2 и 8, — около 12°;',),
сплав построен на основе алюминий — медь —
магний — цинк.
Однако термически упрочненные алюминие-
вые сплавы разупрочняются при сварке со зна-
чительной потерей механических свойств. При-
менение этих сплавов для сварных конструкций
возможно лишь при условии обеспечения тер-
мической обработки после сварки для повы-
шения прочности сварных соединений.
Из термически неупрочняемых сплавов наи-
большей прочностью обладают сплавы систе-
мы А1 — Mg — Ti, например сплав АМгб, ме-
ханические свойства которого следующие: ов =
= 32 38 kic/mm2, о, = 16—18 кгс/мм2, 85 = 15—
20"„ и ак= 3 4 Ki с • м/см2. Конструкции из алю-
миниево-Mai ниевого сплава АМгб изготовля-
ются в основном сварными.
('вяривасм«м' п> алюминия и его сплавов. Алю-
миний и ин iii'iain.1 iiMiioi большую генлопро-
BO'IIHM II.. H’lrioCMKoelb и скрьпую iciuiory
плавления. Теплопроводность алюминия в три
раза выше теплопроводности низкоуглероди-
стой стали; при нагреве от 20 до 600°С разница
в теплопроводности еще более возрастает. Сле-
чонаTCTi.Ho снарка алюминия и его сплавов
должна выполняться С ОНЮСИ1СЛЫЮ мощным
и концентрированным источником нагрева.
Коэффициент линейного расширения алю-
миния в два раза выше, чем коэффициент рас-
ширения железа. Это способствует увеличен-
ным деформациям и короблению при сварке
алюминиевых изделий.
Низкая удельная плотность (2,7 г/см3) и
температура плавления (660°С) алюминия по
сравнению с высокой удельной плотностью
окисла алюминия А12ОЭ(3,85 г/см3) и его тем-
пературой плавления (2050°С) затрудняют про-
цесс сварки. Тугоплавкий и тяжелый окисел
А1,ОЭ может оставаться в металле шва и сни-
жать работоспособность сварного соединения.
При сварке алюминия и его сплавов необходимо
Применять различные способы борьбы с окис-
лом А12О3. Во всех случаях поверхность метал-
ла изделия должна зачищаться непосредствен-
но перед сваркой и процесс сварки должен
протекать с защитой расплавленного металла
от действия газов воздуха.
Используют три способа борьбы с окислом
алюминия: сварка с растворителем окнелов
(электродные покрытия, флюсы), сварка без
растворителей, но с так называемым катодным
распылением, и сварка с механическим удале-
нием окислов из сварочной ванны.
Растворителями окисла А12О3 и других окис-
лов являются галогенные соли щелочноземель-
ных металлов (хлористый, фтористый литий
и др.),' которые растворяют окислы и вместе
с ними поднимаются из сварочной ванны в
сварочный шлак. Так как раствор обладает по-
ниженной температурой плавления, меньшей
135
chipmaker.ru
удельной плотностью и меньшей вязкостью,
чем каждый компонент в отдельности, то он
выводится из металла шва в сварочный шлак.
Сущность катодного распыления состоит в
том, что при дуговой сварке в аргоне на постоян-
ном токе при Обратной полярности происходит
дробление окисной пленки А12О3. с последую-
щим распылением частиц окисла на поверх-
ности сварного изделия. Тонкая окисная пленка,
покрывающая сварочную ванну, разрушается
под ударами тяжелых положительных ионов
защитного газа аргона, образующихся при го-
рении дуги. Так как положительный ион обла-
дает большей массой, чем электрон, то обра-
зующийся поток ионов способен дробить окис-
ные пленки алюминия и магния,, которые соз-
даются при сварке. При этом надо учитывать
большую скорость движения ионов, позволяю-
щую распыленным окислам через защит-
ную газовую среду выходить из сварочной
зоны.
Другие газы, обладающие низкой атомной
массой (например, 4 у гелия вместо 40 у аргона),
не способны дробить и распылять окислы.
Механический способ удаления окисла А12О3
из сварочной ванны заключается в том, что
сварщик опускает в сварочную ванну стальной
пруток диаметром 3—4 мм и вынимает его с
прилипшим к поверхности прутка окислом,
который легко отделяется от прутка при его
встряхивании* и легком ударе. Опытные рабо-
чие, выполняющие газовую или дуговую сварку
угольным электродом, часто используют этот
способ, не прибегая к флюсам.
Алюминиевые сплавы обладают повышен-
ной склонностью к образованию пор.. Пори-
стость металла при сварке алюминия и его спла-
вов вызывается водородом, источником кото-
рого служит адсорбированная влага на поверх-
ности основного металла и особенно проволоки,
а также воздух, подсасываемый в сварочную
ванну. В этом случае алюминий в сварочной
ванне взаимодействует' с влагой по реакции
2A1-I ЗН2О-А12О3 + 6Н.
Для получения беспористых швов при сварке
алюминия и его сплавов даже небольшой тол-
щины иногда требуется подогрев, снижающий
скорость охлаждения сварочной ванны и спо-
собствующий более полному удалению водо-
рода из металла при медленном охлаждении.
Так, например, при наплавке на лист алюминия
толщиной 8 мм беспористый шов может полу-
чить при подогреве металла до 150°С. При
увеличении толщины металла до 16 мм даже
подогрев до температуры 300°С не обеспечи-
вает беспористых швов.
Однако подогрев листов для сварки неко-
торых сплавов следует применять осторожно.
Например, при сварке толстолистовых алюми-
ниево-магниевых сплавов допускается подогрев
до температуры не выше 100—150°С. Более
высокая температура подогрева может усилить
пористость шва за счет выделения из твердого
раствора магния и образования при этом во-
дорода по реакции Mg+H2O->MgO+2H. Кро-
ме того, при сварке подогретого металла (алю-
миниево-магниевых сплавов) снижаются ме-
ханические свойства сварных соединений.
При аргонодуговой сварке алюминия и его
сплавов борьбу с порами ведут с помощью
окислительной атмосферы. Наилучшие резуль-
таты получаются при добавке к аргону 1,5°;,
кислорода. Окислительная атмосфера в районе
поверхности сварочной ванны не дает водороду
растворяться в металле, поэтому поры к.концу
охлаждения шва не образуются.
Алюминий й его сплавы склонны к боль-
шему перегреву, чем углеродистые стали. По-
этому сварку алюминиевых сплавов следует
производить с меньшей погонной тепловой
энергией, шов по возможности выполнять за
один проход или в два прохода с двух сторон на
больших скоростях.
Виды сварки алюминия и его сплавов. Детали
из алюминия и его сплавов можно соединять
как сваркой плавлением, так и сваркой давле-
нием. Широкое распространение получили сле-
дующие виды, сварки: ручная или механизиро-
ванная дуговая сварка неплавящимся электро-
дом в защитном инертном газе; механизиро-
ванная дуговая сварка плавящимся металличе-
ским электродом в защитном газе; автоматиче-
ская дуговая сварка плавящейся сварочной про-
волокой по слою дозированного флюса; сты-
ковая или точечная контактная сварка. Кроме
указанных видов сварки алюминия и его спла-
вов, возможно применение сварки газокисло-
родным пламенем; дуговой сварки неплавя-
щимся угольным .или графитовым электродом,
алюминиевым электродом с покрытием; элек-
трошлаковой сварки и сварки электронным
лучом.
Состав флюсов и электродных покрытий для
сварки алюминия и его сплавов. Ручную сварку
алюминия дугой или газовым пламенем вы-
полняют с подогревом листов от 100 до 400°С;
чем толще деталь, тем выше температура по-
догрева. Для сва| ки употребляют флюс, чаще
1М
chipmaker.ru
всего марки АФ-4а, содержащий 50",', хлори-
стого калия, 14% хлористого лития, 8"„ фторис-
того натрия и 28" „ хлористого натрия. Составы
электродных покрытий могут быть следующие:
покрытие I — 65"„ флюса АФ-4а и 35% криолита
и покрытие II — 50“„ хлористого калия, 30%
хлористого натрия и 20",, криолита (Na3AlF6).
Подбор присадочного электродного металла.
ГОСТ 7871—75 предусматривает для сварки
алюминия и его сплавов проволоку четырнад-
цати марок: из технического алюминия (Св-А97,
Св-А85Т, Св-А5), алюминиево-марганцевая
(Св-АМц), алюминиево-магниевая (Св-АМгЗ,
Св-АМг4, Св-АМг5, Св-1557, Св-АМгб,
Св-АМгбЗ, Св-АМг61), алюминиево-кремние-
вая (Св-АК5, Св-АКЮ), алюминиевомедистая
(Св-1201).
Стандарт распространяется на тянутую и
прессованную (марки Св-АКЮ) проволоку диа-
метрами от 0,8 до 12,5 мм. Проволока постав-
ляется в упаковке, срок хранения проволоки в
упаковке не более 1 года со дня изготовления.
Обычно сварочную проволоку подбирают из
условия однородности с основным металлом
или с несколько повышенным содержанием
одного или нескольких элементов против основ-
ного металла с учетом неизбежного обеднения
металла шва данными элементами при сварке.
Технология сварки. Для дуговой сварки алю-
миния применяют электроды марки ОЗА-1 со'
стержнем из алюминиевой проволоки.
Сварка производится в нижнем и вертикаль-
ном положениях постоянным током обратной
полярности, короткой дугой без поперечных
колебаний. При диаметре электрода 4 мм ток
берется 120ч-140 А, при 5 мм — 15О-Т-17О А,
а при 6 мм — 200-4-240 А. Сварку осуществляют
с подогревом изделия до температуры 200—
250 °C при толщине металла 6—10 мм, 300—
35О°С при 10—16 мм. Электроды перед упот-
реблением обязательно просушивают до тем-
пературы 200°С в течение 2 ч. После сварки шлак
немедленно удаляют стальной щеткой с про-
мывкой его горячей водой.
Для заварки литейных пороков в изделиях
применяют покрытые алюминиевые электроды
марки ОЗА-2.
Форма подготовки кромок под сварку алю-
миниевых сплавов подобна подготовке при
сварке сталей. Швы по возможности выполня-
ются однопроходными и на больших скоростях.
Сварка угольным электродом производится
дугой прямого действия, постоянным током
при прямой полярности. Листы толщиной до
3 мм желательно сваривать с отбортовкой кро-
мок без присадочного материала. Сварка более
толстых листов требует разделки кромок под
углом 60—75° и применения присадки. Жела-
тельно применение массивных медных или
стальных подкладок под свариваемые листы.
Можно использовать флюс АФ-4а или флюс
следующего состава: 45% хлористого калия;
15% хлористого лития; 30% хлористого натрия;
7% фтористого калия и 3% сернокислого натрия.
Примерные режимы сварки алюминия уголь-
ным электродом приведены в табл. 45.
45. Примерные режимы сварки алюминия угольным электродом
Толщина свариваемого металла, мм 1—2 2—4 4—6 6—8 8—12 15
Диаметр угольного элек- трода, мм 6—8 8—9 10—12 10—12 12—15 15
Диаметр присадочного прутка, мм — 3—4 4—5 4—5 5-6 6—8
Сила сварочного тока, А 100—180 180—240 220—300 250—350 300—400 350-600
Толшина металла, мм
до 1,5
1,5—3
3—5
5—10
10—15
15—50
Расход ацетилена, дм3/ч
50—100
100—200
200—400
400—700
700—1200
900—1200
Газовая сварка алюминия и его
сплавов обеспечивает удовлетворительное ка-
чество сварных соединений. Мощность газо-
вого пламени при сварке подбирается в зави-
симости от толщины металла.
Флюс АФ-4а разводят дистиллированной
водой и наносят на свариваемые кромки и при-
садочный пруток.
137
chipmaker.ru
При газовой сварке применяют присадочную
проволоку той же. марки, что и свариваемый
металл.
Для получения и сохранения мелкозернистой
структуры изделие после сварки в некоторых
случаях, например при сварке литых деталей,
подвергают отжигу при 300—350°С с последую-
щим медленным охлаждением.
§ 87. Сварка титановых сплавов
При удельной плотнортн в 4,5 г/см3 титан
и его сплавы имеют временное сопротивление
от 45 до 150 кгс/мм2 Замена стали титаном
уменьшает массу изделий на 20—30%.
Титан обладает также высокой антикорро-
зионной стойкостью. Для сварных изделий
используется технический титан, содержащий
примеси газов — кислорода, азота, водорода
(марки ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ-1) и, кроме того,
алюминия, хрома, молибдена, олова, ванадия,
марганца, церия (марки ВТ-5, ВТ5-1, В Гб,
ВТ8, ВТ14).
Титан более активен по сравнению с алю-
минием к поглощению кислорода, азота и во-
дорода в процессе нагрева. Поэтому при сварке
технического титана необходима особо надеж-
ная защита от этих газов. Такая защита осу-
ществляется при дуговой сварке в инертных
газах (аргоне, гелии) или флюсом-пастой, на-
носимой на кромки свариваемых частей соот-
ветствующим слоем. Институт электросварки
им. Е. О. Патона разработал серию специаль-
ных .флюсов-паст (от АН-ТА до АН-Т17А),
которые по составу являются бескислородными
фториднохлоридными. Дуговая сварка титана
и ею сплавов покрытыми электродами, уголь-
ной дугой, а также газовым пламенем не при-
меняются. Этими видами сварки невозможно
обеспечить высокое качество сварных соеди-
нений из-за слишком большой активности ти-
тана к кислороду, азоту и водороду.
Технический титан соединяют аргонодуго-
вой. дуговой под флюсом и некоторыми видами
сварки давлением (например, диффузионной!.
Сведения по технологии аргонодуговой сварки
титана приведены в гл. XXIII.
§ 88. Огарка магниевых сплавов
Магний обладает еще большим сродством
к кислороду, чем титан; поэтому его сваривае-
мость хуже свариваемости титана.
Магний, соединяясь с кислородом, образует
тугоплавкую и тяжелую окись магния. Темпе-
ратуры плавления магния и окиси магния соот-
ветственно равны 651 и 2150°С, удельные плот-
ности — соответственно 1,74 и 3,2 г/смэ. Плот-
ность магниевых сплавов — около 1,8 г/см3.
Временное сопротивление сплавов при растя-
жении составляет от 21 до 34 кгс/см2.
Магниевые сплавы свариваются вольфра-
мовым электродом в защитной среде аргона.
Газовая сварка, дуговая сварка покрытыми
электродами и угольным электродом приме-
няются редко. Аргонодуговую сварку рекомен-
дуется применять для всех магниевых сплавов.
Газовую сварку можно применять только для
сплавов марок MAI, МА2, МА8, МЛ2, МЛ5 и
МЛ7 и лишь с применением флюса из фтори-
стых солей. Наилучшим флюсом считают флюс
ВФ-156 (33,3% фтористого. бария, 24,8% фто-
ристого магния, 19,5% фтористого лития, 14,8%
фтористого кальция, 4,8% натриевого криолита,
2,8% окиси магния).
Контрольные вопросы
1. Почему медь и ее сплавы свариваются хуже боль-
шинства сталей?
2. Почему газовая сварка латуней обеспечивает
лучшее качество, чем дуговая?
3. Как влияет химический состав на свариваемость
бронзы?
4. Какие свойства алюминия определяют его сва-
риваемость?
5. Приведите марки сварочных алюминиевых про-
волок.
6. В чем заключаются особенности сварки техниче-
ского титана?
7. Почему плохо свариваются магний и его сплавы?
chipmaker.ru
ГЛАВА
НАПЛАВКА
XIX
Chipmaker.ru
§ 89. Классификация процессов наплавки
Наплавкой называется процесс нанесения
слоя расплавленного металла на поверхность
металлического изделия. Наплавкой на изделии
образуют поверхностный слой (или слои) с осо-
быми свойствами (износостойкость, кислото-
упорность, жаростойкость, антифрикционность
и др.). Наплавку используют как в ремонтном
деле, так и при изготовлении новых деталей.
Применяется дуговая, плазменно-дуговая,
вибродуговая, импульсно-дуговая, электрошла-
ковая, индукционная, газовая наплавка. Наи-
больший объем наплавочных работ выполняется
электрической сварочной дугой.
При наплавке в отличие от сварки в процессе
участвует небольшое количество основного ме-
талла в связи с небольшой глубиной проплав-
ления; поэтому внутренние напряжения и де-
формации изделия, склонность к образованию
трещин незначительны.
Заданные свойства наплавленного слоя по-
лучают введением в его состав легирующих
элементов. Способы легирования различны:
за счет взаимодействия металла и шлака, по-
глощения элементов из окружающей газовой
среды, введения в сварочную ванну металличе-
ских добавок. Чаще всего применяют послед-
ний способ, как наиболее надежный и обеспе-
чивающий нужный состав наплавленного слоя.
Особенно важно при наплавке получить од-
нородность химического состава наплавленного
металла, а следовательно, его свойств на всей
поверхности наплавляемой детали.
§ 90. Материалы для наплавки.
Техника дуговой наплавки
Наплавочная проволока. По ГОСТ 10543—75
изготовляется стальная наплавочная проволока
диаметром от 0,3 до 8 мм. Стандартом преду-
смотрена углеродистая проволока 9 марок
(Нп-25, Нп-30, Нп-35, Нп-40. Нп-45, Нп-50.
Нп-65, Нп-80, Нп-85); легированная проволока
11 марок (Нп-40Г, Нп-50Г, Нп-65Г, Нп-ЗОХГСА,
Нп30Х5, Нп-40ХЗГ2МФ, Нп-40Х2Г2М,
Нп-5ХНМ, Нп-50ХФА, Нп-50Х6ФМС, Нп-
105Х) и высоколегированная проволока 10 ма-
рок (НП-20Х14, Нп-30Х13, Нп-ЗОХЮПОТ,
Нп-4ОХ13, Нп-45Х4ВЗФ, Нп-45Х2В8Т, Нп-
60ХЗВ10Ф, Нп-ГВ, Нп-Х15Н60, Нп-Х20Н80Т).
Проволока для наплавки подбирается в за-
висимости от назначения и требуемой твердо-
сти металла наплавки (табл: 46). Минимальную
твердость металла можно получить при наплав-
ке углеродистой проволокой марки Нп-25
(HRC 40); максимальная твердость металла
достигается высоколегированной проволокой
марки Нп-40Х13 (HRC 45—52). Обычно на-
плавка проволокой выполняется под флюсом
на автоматах, шланговых полуавтоматах и
электродами с покрытиями — вручную.
Техника наплавки предусматривает наложе-
ние ниточных валиков с перекрытием предыду-
щего валика на ’/з ею ширины или валиков
с поперечными колебаниями электрода.
Покрытые электроды. ГОСТ 10051—75 пре-
дусматривает 44 типа электродов, обеспечи-
вающих твердость наплавленного слоя от 28
до 66 HRC.
Условное обозначение электродов должно
соответствовать ГОСТ 9466—75. Например,
электроды типа Э-11ГЗ по ГОСТ 10051—75,
марки ОЗН—ЗООУ, диаметром 4,0 мм, для
наплавки поверхностных слоев с особыми свой-
ствами Н, с толстым покрытием Д, 1-й группы,
с установленной по ГОСТ 10051—75 группой
индексов, указывающих характеристики наплав-
ленного металла, 300/32—1, с основным по-
крытием Б, для наплавки в нижнем положении 4
на постоянном токе обратной полярности (0):
Э=11 Г 3—ОЗН=ЗООУ—4,0—НД1
Е—300/32—1—Б 40
ГОСТ 9466—75,
ГОСТ 10051—75.
Характеристика, области применения и ре-
жим наплавки некоторыми покрытыми электро-
дами приведены в табл. 47.
Флюсы. Для автоматической и полуавтома-
тической наплавки применяются те же флюсы,
что и для сварки. Наиболее распространены
плавленые флюсы АН-348-А, ОСЦ-45, АН-60,
АН-20, 48-ОФ-6, АН-26, АН-15М, АН-8, АН-25.
Для наплавки аустенитных хромоникелевых
139
chipmaker.ru
сталей применяют флюс АН-26. Для наплавки
высокохромнстых чугунов рекомендуется флюс
АН-28. Наплавку электрошлаковым способом
целесообразно выполнять с флюсами АН-8,
АН-25.
При наплавке используются также керами-
ческие флюсы. Например, наплавку проволокой
Св-08 и Св-08А колес мостовых кранов, опорных
46. Марки проволоки для наплавки
катков, роликов, натяжных колес гусеничных
тракторов ведут с флюсом АНК-18. Флюс
АНК-19 применяют для наплавки рабочих кро-
мок бульдозеров, скреперов и грейдеров. Кера-
мические флюсы позволяют получать наплав-
ленный металл повышенной износостойкости
при использовании низкоуглеродистой прово-
локи.
Основной металл Марка проволоки Ориентировочная твердость наплавленного металла, HRC Примерное назначение
Углеродистые и низколеги- рованные стали (менее 0,4% С) Нп-25, Нп-30, Нп-35, Нп-40, Нп-40Г 40 Коленчатые валы, оси, шпин- дели
Углеродистые и низколеги- рованные стали (более 0,4% С) Нп-45, Нп-50, Нп-65, Нп-80, Нп-50Г, Нп-65Г, Нп-ЗОХГСА и др. 60 Крановые колеса, осн опор- ных тракторов и др.
Аустенитные высокомаргаи- цовые стали Нп-ГВА и др. 50 Железнодорожные крестови- ны, щеки дробилок, .зубья ков- шей
Хромистые стали НП-20Х14, Нп-30Х13, Нп-40Х13 48 Уплотнительные поверхности задвижек для пара и воды
Хромовольфрамовые тепло- устойчивые стали Нп-45Х2В8Т, Нп-бОХЗВЮФ 45 Ножи для резки горячего ме- талла, штампы для горячей штамповки
Порошковая прополокп и лента. Порошковая
проволока, представляющая собой с болонку
из мягкой ленты, заполненную легирующими
компонентами, заменяет дорогостоящую леги-
рованную проволоку. Сведения о порошкоаой
проволоке приведены в гл. V. Применяется для
наплавки также порошковая лента.
Порошковой проволокой можно наплавлять
изделия под флюсом, в защитных газах н от-
крытой дугой. В настоящее время разработано
большое количество марок порошковой про-
ролоки, например ПП-АН120, ПП-АН121,
ПП-АН122 — для наплавки под флюсом де-
талей машин из углеродистых сталей, ПП-
АН105 — для наплавки высокомарганцовистых
сталей, ПП-АН170 —для наплавки высокохро-
мистых сталей. Промышленностью выпуска-
ются порошковые ленты ' ПЛ-АН101,
ПЛ-АН 102 — универсальные, предназначенные-
для наплавки как под флюсом, так и открытой
дугой.
При дуговой наплавке порошковой проволо-
кой применяют токи меньшей величины, чем
для сварки. В этом случае глубина проплавле-
ния металла изделия снижается и наплавочный
материал меньше перемешивается с основным,
в результате чего твердость наплавленного ме-
талла возрастает.
Литые прутки для наплавки. Для наплавки
в защитной среде аргона или газокислородным
пламенем выпускаются литые прутки диамет-
ром 6—8 мм и длиной до 400 мм. Литые прутки
также идут на изготовление покрытых электро-
дов для ручной дуговой наплавки, например,
140
chipmaker.ru
47. Электроды для наплавки
Марка электрода Твердость наплавки, HRC Объекты наплавки Режимы наплавки (ток, А)
ОЗН-250 22—25 Конпы рельсов, автотракторные, вагон- ные детали, валы, оси Обратная поляр- ность постоянного гока 0 4 мм —170—200 0 5 мм — 210—240
ОЗН-ЗОО „24—32 Железнодорожные крестовины, автотрак- торные, вагонные детали и пр. 0 4 мм — 170—200 0 5 мм —210—240
O3H-350 26—37 То же То же
ОЗН-400 37—40 (после от- жига — 26) Быстроизнашивающиеся детали, требую- щие высокой твердости »
Т-590 55—62 Стальные и чугунные детали, работаю- щие без ударной нагрузки в абразивной среде (лопатки дымососов, щеки дробилок, рабочие колеса землесосов) Переменный и постоянный ток 0 4 мм — 200—220 0 5 мм — 250—270
Т-620 58—59 Быстроизнашивающиеся детали из стали и чугуна, работающие в условиях сильного истирания и ударных нагрузок (щеки кам- недробилок, зубья ковшей экскаваторов) Постоянный ток 0 4 мм — 200—220 0 5 мм — 250—270
ОЗИ-1 После наплавки — 54—55 После термообра- ботки — 50—60 Режущий инструмент и штампы 0 3 мм — 80—110 04 мм —120—150 05 мм —160—200
Примечания; 1. Возможно применение переменного тока.
2. Наплавка в нижнем положении, Т-590 — также и в наклонном.
3. Более высокая твердость — для верхнего слоя и при однослойной наплав*.1
марки ГН-1 со стержнем из сплава сормайт
(для ремонта и изготовления быстроизнашиваю-
щихся деталей горячих центробежных насосов,
деталей засыпных аппаратов доменных печей,
арматуры для нефтепродуктов); марки ЦН-2 со
стержнем из стеллита ВЗК (для наплавки арма-
туры котлов высоких параметров). Химиче-
ский состав литых прутков приведен в табл. 48.
Зернистые (порошкообразные) сплавы. Ста-
линит М приготовляется перемешиванием
порошков углеродистого феррохрома, ферро-
марганца и нефтяного кокса с чугунной струж-
кой. Эту смесь используют для наплавки ножей
бульдозеров, козырьков ковшей экскаваторов
и др. Твердость наплавки сталинитом состав-
ляет не менее 52 HRC.
48. Химический состав литых прутков дли наплавки, %
Марка сплава Углерод Кремний Марганец Хром Никель Вольфрам Кобальт Железо
Сормайт прут- ковый 2,5—3,3 2,8—3,5 1,5 25—31 3—5 Остальное
ВХН-1 0,5—1,2 1,5—2,5 0,5 35—40 50—60 — — Меньше 5
В2К 1,75—2,25 1,0—2,0 — 28—32 Меньше 2 14—17 48—53 » 3
ВЗК 0,9—1,3 1,75—2,75 — 28—32 То же 4,0—5,0 58—63 » 3
141
chipmaker.ru
В о к a р — зернистая смесь измельченного
вольфрама и продукта прокалки сахара (угле-
рода) применяется для наплавки бурового ин-
струмента. Твердость первого слоя — 50—58
и второго сдоя 61—63 HRC.
В и с х о м - дешевый сплав, состоящий из
5% феррохрома, 15% ферромарганца, 74% чу-
гунной стружки и 6% графита. Широко приме-
няется в сельскохозяйственном машинострое-
нии для наплавки лемехов, дисков, зубьев бо-
рон и т. д. Твердость наплавки 250—320 НВ.
Боридная порошковая смесь
БХ (50% боридов хрома и 50% железного по-
рошка) создает твердость 82—84 HRA.
Карбидо-боридная порошко-
вая смесь КБХ (5% карбида хрома, 5%
борида хрома, 60% феррохрома, 30% железного
порошка) нашла большее применение, чем
смесь БХ.
Техника наплавки должна обеспечить мак-
симальную производительность, т. е. наиболь-
шее количество наплавляемого металла за еди-
ницу времени. При этом должно быть хорошее
формирование наплавленного слоя, позволяю-
щее уменьшить припуски на механическую об-
работку после наплавки.
Производительность наплавки зависит от
способа ее выполнения. Например, при ручной
наплавке покрытыми электродами производи-
тельность составляет 0,8—3 кг/ч, при автомати-
ческой под флюсом — 2—15 кг/ч, при электро-
шлаковой проволочным электродом — 20—
60 кг/ч, электродом большого сечения —до
150 кг/ч.
При наплавке плоских поверхностей целе-
сообразно применять широкие валики, т. е.
вести процесс с колебательными движениями
электрода.
Наплавку можно вести также узкими вали-
ками иа некотором расстоянии один от другого,
без удаления шлака с каждого валика. Шлак
удаляют со всех валиков, затем наплавляют
валики в свободных промежутках.
Наплавку тел вращения производят вдоль
образующей или круговыми валиками. При на-
плавке покрытыми электродами ось детали
располагают горизонтально, при наплавке от-
крытой дугой шланговым полуавтоматом —
вертикально. Наплавку по винтовой линии це-
лесообразно выполнять при диаметре детали
не более 100 мм.
При наплавке зернистых порошков (стали-
нита, вокара, боридной смеси, порошкообраз-
ного сормайта, порошков марок ПН-АН20,
ПН-АН31, ПН-АН32, ПН-АНЗЗ и др.) исПоль-
Рис. 107. Положение угольного электрода в процессе
наплавки порошкообразных твердых сплавов:
а — перемещение электрода, б — вид сбоку; стрел-
ка 7 — общее направление наплавки, 2 — слой
шихты
зуют угольный электрод. Предварительно ра-
бочая поверхность очищается от ржавчины,
масла и грязи. Затем на поверхность детали на-
сыпается тонкий слой (0,2—0,3 мм) прокален-
ной буры (флюса) и слой порошка сплава (ших-
ты) высотой 2—7 мм и шириной 30—40 мм.
Этот слой разравнивается и слегка уплотняется
гладилкой.
Процесс сплавления крупинок сплава с по-
верхностью детали производится угольной ду-
гой постоянного тока на прямой полярности
или переменным током с осциллятором. Со-
вершая плавные поперечные и поступательные
движения угольным электродом, можно до-
стичь относительно ровной поверхности на-
плавленного слоя (рис. 107). Высота наплав-
ленного слоя уменьшается по сравнению с вы-
сотой шихты на 60—65% для сталинита, на
35—50% для вокара, на 70—80% для боридной
смеси. Можно производить наплавку в несколь-
ко слоев, однако общая толщина наплавлен-
ного слоя во избежание трещин и выкрашива-
ния кусков сплава при эксплуатации не должча
превышать 5—6 мм для сталинита, 3—4 мм для
вокара и 1,4—1,7 мм для боридной смеси.
Порошкообразные сплавы можно наплав-
лять и металлическими электродами, напри-
мер, типа Э42, но в этом случае твердость на-
плавки понизится.
При ручной наплавке применяют также труб-
чатые электроды из порошковой проволоки.
§ 91. Наплавка газокислородным пламенем
Наплавка газокислородным пламенем при-
меняется реже дуговой из-за относительно боль-
ших деформаций наплавляемой детали, хотя
оба процесса дают одинаковую производитель-
ность. Детали небольших размеров наплавля-
ются газокислородным пламенем без допол-
142
chipmaker.ru
нительного нагрева наплавляемой детали. Круп-
ногабаритные изделия подвергают предвари-
тельному или сопутствующему подогреву до
500—700°С. Подобно сварке применяют ле-
вую и правую наплавку.
Газокислородное пламя применяют глав-
ным образом для наплавки литыми твердыми
сплавами (стеллитами, сормайтами). Обычно
стеллиты применяют для изделий, работающих
при высоких, а сормайты — при низких темпе-
ратурах. В процессе наплавки этими материа-
лами пользуются флюсами. При наплавке стел-
литом употребляют флюс, состоящий из буры
прокаленной — 20%, борной кислоты — 68%
и плавикового шпата — 12%. Для наплавки
сормайтом флюс составляется из буры—50%,
двууглекислой соды — 47% и кремнезема — 3%.
Газокислородная наплавка находит приме-
нение и с трубчатыми наплавочными материа-
лами. Трубчатые наплавочные материалы пред-
ставляют собой стальные или никелевые трубки,
заполненные смесью карбидов вольфрама с
другими износостойкими материалами (крупка).
При этом газокислородным пламенем расплав-
ляется трубка, а износостойкая крупка внедря-
ется в общую массу наплавки. В случае исполь-
зования крупки из карбида вольфрама твер-
дость наплавки получается HRC 85.
Газокислородную наплавку часто приме-
няют для белых чугунов (например, БЧ, ХЧ
ГОСТ 2671—70), при этом твердость наплав-
ленного слоя достигает 45—50 HRC.
Газокислородную наплавку твердыми по-
рошковыми сплавами ранее применяли редко
из-за раздувания порошка пламенем горелки.
В настоящее время для наплавки разработаны
наплавляемые порошки ПГ-ХН80СР-2,
ПГ-ХН80СР-3, не раздуваемые пламенем.
Наплавка производится горелкой ГАЛ-2-69
конструкции ВНИИавтогенмаш. За один про-
ход пламени наносится слой толщиной не более
1 мм. По производительности процесс порош-
ковой наплавки не уступает наплавке прутковы-
ми материалами.
Широкое применение в промышленности
получила газокислородная наплавка латуни на
стальные и чугунные изделия. Для наплавки
латуни используются флюсы тех же марок, что
и для сварки. Наплавка может быть как одно-
слойной, так и многослойной.
Контрольные вопросы
1. Что называется наплавкой?
2. Какие материалы применяют для наплавки?
3. Расскажите о сущности процесса наплавки rio-
рошкообразными сплавами.
chipmaker.ru
ГЛАВА XX
ОСОБЫЕ ВИДЫ
ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ
РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
Chipmaker.ru
При изготовлении сварных изделий произ-
водительность труда сварщика может быть по-
выше! а за счет организационных и технических
мероприятий. К первой группе мероприятий
относятся различные прогрессивные приемы и
выхчзввевяя. <W
ки, которые'Заключаются в рациональном уст-
ройстве электрододержателей, позволяющем
уменьшить' время на смену электродов; пра-
вильном размещении свариваемых деталей и
оснастки на рабочем месте, уменьшающем по-
тери времени на переход; использовании при-
способлений для быстрого поворота деталей
в процессе сварки; организации удобного места
сварщика (специальный стол, вращающийся
стул); разделении отдельных операций на пере-
ходы и выполнении их в определенной последо-
вательности и другие мероприятия, уменьшаю-
щие время перерывов в горении дуги. Комплекс
этих мероприятий позволяет сварщикам увели-
чить время горения дуги в течение рабочего дня
на 10—-15%, что следует считать большим до-
стижением, так как, например, только время
смены электродов составляет 7—10% времени
рабочего дня.
Технические мероприятия представляют бо-
лее широкие возможности увеличения произво-
дительности труда. Рассмотрим некоторые из
них.
§ 91. Сварка высокопроизводительными
покрытыми электродами
Наиболее эффективны электроды с желез-
ным порошком в покрытии; это повышает
коэффициент наплавки до 18 г/А-ч по срав-
нению с коэффициентом наплавки 8—10 г/А • ч
для обычных электродов. При сварке этими
электродами в образовании шва принимает
участие не только металл электродного стержня,
но и железный порошок, введенный в состав
покрытия. Эти электроды называются высоко-
производительными
Производительность электродов характери-
зуется количеством электродного металла, пе-
решедшего на изделие за единицу времени.
Наглядное представление о производительно-
рти электродов дает следующий пример: элек-
троды АНО-5, ОЗС-6, АНО-18, имеющие в
покрытии 30—35% железного порошка (по от-
ношению к массе всего покрытия), при диаметре
ртержня 4 мм дают выход наплавленного ме-
талла 35—40 г/мин; электроды АНО-1, ОЗС-З,
АНО-19 при содержании 50—65% железного
порошка дают 65—70 г/мин наплавленного
металла (по сравнению с 23—30 г/мин для обыч-
ных электродов АНО-4, МР-3, ОЗС-4 и др.}.
Однако следуе! учитывать, что высокопро-
изводительные электроды позволяют выпол-
нять сварку только в нижнем и наклонном
(угол 15—20°) положениях.
Источники питания для сварки этими элек-
тродами должны иметь несколько повышенное
напряжение холостого хода (не менее 65 В).
§ 93. Сварка сдвоенным электродом,
|ребенкой электродов, грехфазиой дугой
При сварке сдвоенным электродом процесс
ведут двумя стержнями, соединенными между
собой контактной точечной сваркой (рис. 108).
Дуга переходит с одного стержня на другой,
попеременно оплавляя их. Производительность
сварки повышается на 20—40% по сравнению
со сваркой одностержневым электродом. По-
вышение производительности сварки достига-
ется попеременным подогревом каждого из
стержней дугой, горящей между соседним стерж-
нем и изделием, увеличением времени горения
дуги, уменьшением времени на смену электро-
дов.
Электроды располагают так, чтобы их об-
щая ось совпадала с осью шва или при большом
угле разделки кромок была перпендикулярна
этой оси. Сила сварочного тока составляет
от 100—180 А при диаметре элетродов 3+3 мм
до 300—400 А при диаметре 6+6 мм.
Сдвоенными электродами можно сваривать
за один проход металл толщиной до 12 мм.
Элекг роды можно располагать по нескольку
стержней в ряд в виде гребенки. Так же как при
сварке сдвоенным электродом, дуга возбужда-
144'
chipmaker.ru
Рис. 108. Схема сдвоенного электрода (а), гребенки (б)
и сварки'трехфазным током (в, г):
1 — связка электродов, 2 — трехфазный трансфор-
матор, 3, 4 — электроды, 5 — дуга
утяжелен электрододержатель, что ведет к утом-
ляемости свйрщика. Поэтому сварку трехфазной
дугой лучше выполнять механизированными
способами.
§ 94. Сварка с глубоким проплавлением
Этот вид сварки еще называют также свар-
кой опиранием. Для сварки применяют электро-
ды с увеличенной толщиной покрытия. Сталь-
ной стержень электрода плавится несколько
быстрее покрытия, в результате чего на конце
электрода из покрытия образуется втулка (козы-
рек). Опирая втулку электрода на поверхность
изделия, сварщик перемещает дугу вдоль шва.
Образующиеся при плавлении покрытия газы
своим давлением вытесняют жидкий металл,
образуя валик. При этом изделие проплавляется
на большую глубину, чем при сварке электро-
дом на весу. Объем наплавленного металла в
сварном шве значительно уменьшается без сни-
жения прочности шва. Этот способ сварки по-
зволяет уменьшать глубину разделки кромок
и сваривать металл значительной толщины без
разделки кромок с большой скоростью. Сварку
выполняют без колебательных поперечных дви-
жений электрода.
ется на электроде, находящемся на более близ-
ком расстоянии от свариваемого изделия. При
плавлении этого электрода дуга переходит на
другой стержень и т. д. Электродная гребенка
позволяет глубоко опускаться в разделку кро-
мок, располагая гребенку вдоль шва, поэтому
можно глубоко проплавлять основной металл
и получать хорошее формирование шва. Сварка
электродной гребенкой позволяет повысить
вдвое производительность по сравнению со
сваркой обычным электродом.
Производительность ручной дуговой сварки
можно повысить еще на большую величину,
если использовать трехфазный ток. При сварке
трехфазной дугой применяют два электрода,
к которым подводятся две фазы от источника
питания, а третья фаза — к свариваемому изде-
лию. В каждый данный момент в процессе
изменения синусоидального тока могут гореть
одна или две дуги; при этом выделяется большое
количество тепла, скорость плавления металла
возрастает и производительность сварки увели-
чивается в 2—3 раза по сравнению со сваркой
однофазной дугой. Количество наплавляемого
металла достигает 130 г/А-ч.
Однако при сварке трехфазной дугой сильно
49. Режимы сварки опиранием стыковых соединений
без скоса кромок электродами ОЗС-З
Толщина листа, мм Рекоменду- емый 4зазор, мм Диаметр электрода, мм Ток, А Глубина проплав* ления, мм
Одностс ронняя с варка
4 1,0 5 200 4
6 1,5 6 250 6
8 2,0 6 350 8
Двусторонняя сварка
8 1,0 6 350 5
10 1,0—1,5 6 350 6
12 1,5—2,0 8 450 8
16 2,0—2,5 8 450 9
Техника сварки опиранием заключается в
том, что после зажигания дуги сварщик уста-
навливает электрод под углом 70—80° к пло-
скости изделия в сторону его движения. Нажи-
мая на электрод, сварщик перемещает его вдоль
шва.
Способ сварки опиранием особенно целесо-
образно применять при выполнении угловых
П5
chipmaker.ru
швов в положении «в лодочку», используя для
этого электроды ОЗС-З и подобных им маррк.
Кроме увеличения производительности при
сварке опиранием получается высокое качество
металла шва.
Примерные режимы сварки опиранием при-
ведены в табл. 49.
Сварку опиранием в вертикальном положе-
нии по направлению сверху вниз можно вы-
полнять электродами марки АНО-9. При на-
ложении угловых швов с катетом 8 мм приме-
няют электроды диаметром 4 мм; скорость
сварки составляет 10 м/ч, что в два раза больше
скорости сварки электродами УОНИИ-13/55
диаметром 5 мм.
Рис. 109. Схема сварки:
а — наклонным электродом; 1 — электрод, 2 —
обойма, 3 — штанга; 6 — лежачим электродом;
1 — шов, 2 — дуга, 3 —' электрод для возбуждения
дуги, 4 — лежачий электрод, 5 — свариваемый ме-
талл
§ 95. Сварка лежачим и наклонным электродами
Сварка лежачим электродом понятна из
рис. 109, б. В разделку шва свариваемых дета-
лей укладывают один или несколько электро-
дов, длина которых обычно в два раза больше
стандартных. От вытекания металла при сварке
стыкового шва предохраняет медная подкладка.
При сварке углового шва подкладки не требу-
ется. Сверху электроды прижимаются к кром-
кам деталей медной или бронзовой колодкой.
Дуга возбуждается вспомогательным электро-
дом и затем продолжает гореть, расплавляя
электрод и основной металл. Длина дуги равна
толщине покрытия, составляющей 1,5—3 мм.
Сварку лежачим электродом можно осущест-
влять и под слоем флюса. Сварка лежачим
электродом под флюсом может применяться
для выполнения как прямолинейных, так и кри-
волинейных швов, для чего необходимы спе-
циальные приспособления.
Схема сварки наклонным электродом пред-
ставлена на рис. 109, а. Электрод опирается
краем покрытия о свариваемый металл. Второй
конец электрода зажат в обойме, которая во
время сварки свободно опускается, скользя по
штанге. Угол наклона электрода остается по-
стоянным. Дугу возбуждают так же, как и при
сварке лежачим электродом.
Производительность труда сварщика при
использовании этих способов возрастает, так
как один сварщик может работать на несколь-
ких постах.
Для сварки наклонным и лежачим электро-
дами необходимы специальные электроды. Мо-
сковским опытно-сварочным заводом разрабо-
таны электроды для этого способа сварки марок
ОЗС-12, ОЗС-15Н и ОЗС-17Н, близкие к типу
Э-46. Электроды изготовляются диаметром
4, 5 и 6 мм, длиной от 450 до 700 мм.
Контрольные вопросы
1. Какие электроды называют высокопроизводи-
тельными?
2. В чем заключается сущность сварки с глубоким
проплавлением ?
3. Какие покрытые электроды предназначены для
сварки опиранием?
4. Как выполняют сварку лежачим и наклонным
электродами?
chipmaker.ru
ГЛАВА
XXI
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
СВАРОЧНОЙ ДУГИ
§ 96. Основные требования
к источникам питания дуги
Электрическая сварочная дуга представляет
собой такой вид нагрузки, который отличается
от других потребителей электроэнергии тем,
что для зажигания дуги требуется напряжение
значительно выше, чем для поддержания ее
горения; дуга горит с перерывами, во время
которых электрическая цепь либо разрывается,
либо происходит короткое замыкание, во времгг
горения дуги напряжение ее меняется с измене-
нием длины дуги, следовательно, меняется и
сила сварочного тока. При коротком замыка-
нии (в моменты зажигания дуги и перехода капли
расплавленного металла на изделие) напряже-
ние между электродом и изделием падает до
нуля.
Эти особенности дуги обусловливают сле-
дующие требования, предъявляемые к источ-
никам питания (для ручной дуговой сварки):
I. Напряжение холостого'Хода должно быть
в 2—3 раза выше напряжения дуги. Это необхо-
димо для легкого зажигания дуги; в то же время
оно должно быть безопасным для сварщика
при условии выполнения им необходимых пра-
вил. Напряжение холостого хода обычно равно
50^-70 В. ГОСТ устанавливает максимальное
напряжение холостого хода не более 80 В для
источников питания переменного тока и 90 В —
постоянного тока.
2. Сила тока при коротком замыкании долж-
на быть ограничена. Нормальный пропесс ду-
говой сварки обеспечивается, если
bi = 1,1 Д-1,5,
* св
где /»,3—сила тока короткого замыкания;
/Св—сила сварочного тока.
В некоторых случаях это отношение может
достигать 2.
3. Изменения напряжения дуги, происходя-
щие вследствие изменения ее длины, не должны
вызь1Вать существенного изменения силы сва-
рочного тока, а следовательно, изменения теп-
лового режима сварки.
4. Время восстановления напряжения от 0
до 2$ в после короткого замыкания не должно
превышать 0,05 с, что обеспечивает устойчи-
вости дуги.
5. Источник питания должен иметь устрой-
ство для регулирования силы сварочного тока.
Пределы регулирования тока должны быть
(приблизительно) от 30 до 130°-;, к номиналь-
ному сварочному току. Это необходимо для
того, чтобы от одного источника питания про-
изводить сварку электродами разных диамет-
ров.
Требования к источникам, предназначенным
Для питания других процессов сварки, отлича-
ются от приведенных выше. Например, в источ-
никах питания для полуавтоматической сварки
в защитных газах напряжение холостого хода
должно практически равняться напряжению
Дуги.
Выбор источника питания зависит от вида
вольт-амперной характеристики сварочной дуги
(см. гл. Ш).
Внешней вольт-амперной характеристикой
источника питания называется зависимость на-
пряжения на клеммах источника от величины
сварочного тока (рис. ПО).
Источники питания могут иметь следующие
видь! внешних характеристик: крутопадающую
(7), пологопадающую (2), жесткую (3) и воз-
растающую (4) (рис. НО). Крутопадающая ха-
рактеристика применима для ручной дуговой
сварки, пологопадающая — для автоматиче-
ской и полуавтоматической сварки под флюсом,-
Вис. цо. Виды внешних вольт-амиериых характерис-
тнк Источников питания дуги:
1 —- крутопадающая, 2 — пологопадающая, 3 —
жес1кая, 4 — возрастающая
147
chipmaker.ru
Рис. Ill. Статистические характеристики дуги дли-
ною Li, Li и L3.
жесткая и возрастающая — для сварки в защит-
ных газах.
Устойчивое горение дуги возможно при усло-
вии пересечения ее статической характеристики
с внешней характеристикой источника, т. е.
КОГДа С^уги t/ист •
На рис. 111 показана крутопадающая внеш-
няя характеристика источника питания и пере-
секающаяся с ней статическая характеристика
дуги длиной L J. Точка А характеризует устой-
чивое горение дуги, так как 1/дуГи= 1/ИСт. В случае
уменьшения сварочного тока напряжение источ-
ника, как видно из графика, станет больше на-
пряжения дуги (точка Б); при этом токе устой-
чивой была бы дуга длиной L 2. Ток увеличится
до того значения, которое он имел в точке А.
При увеличении сварочного тока напряжение
источника станет меньше напряжения дуги
(точка С), поэтому ток уменьшится до перво-
начального значения (точка А).
Для устойчивого горения дуги, имеющей
возрастающую статическую характеристику,
требуется жесткая характеристика источника
питания.
Динамическая характеристика источника пи-
тания. Источник питания дуги должен быстро
реагировать на изменение тока и напряжения в
дуге, происходящее в процессе плавления элек-
трода; это выражается временем восстановле-
ния напряжения от нулевого значения в момент
короткого замыкания до напряжения повтор-
ного зажигания дуги. Это время и есть динами-
ческая характеристика источника. Оно не долж-
но превышать 0,05 с на 25 В. Динамические свой-
ства источника питания в основном определя-
ются взаимной индуктивностью обмоток воз-
буждения, качеством сердечника и обмоток
трансформатора. Повышенные динамические
свойства источника питания обеспечивают спо-
койный перенос электродного металла, умень-
шение разбрызгивания металла и шлака при
сварке и улучшение качества шва.
Режим работы источника питания. Работа
источника питания обычно происходит с чере-
дующимися включениями и выключениями на-
грузки (например, во время смены электрода,
очистки шва от шлака, переходах и т. д.) и ха-
рактеризуется продолжительностью работы
(ПР) или продолжительностью включения (ПБ).
Это позволяет допускать временную перегрузку
источника. Обе эти величины выражаются в
процентах:
ПР = , г; --100%; пв = 100%,
Гсв + h.X + *п
где Гсв —время сварки, tx.x —время холостого
хода, tn — время паузы.
Практически ПР—ПВ. Для расчета ПР или
ПВ берется время цикла сварки tB —
=tCB +tn =5 мин (иногда принимают t —10 мин).
Как правило, для ручной сварки tCB=3 мин,
t„—2 мин.
В паспорте каждого источника питания ука-
зывается величина номинального сварочного
тока (/„) и номинальное значение продолжитель-
ности работы ПРИ (или ПВу). Номинальный
(расчетный) ток определяется допустимым на-
гревом основных частей источника. Максималь-
но допустимый сварочный ток определяется
по формуле
где ЛРД—допустимое значение ПР.
Пользуясь этой формулой, можно всегда
правильно использовать источник без перегруз-
ки (без перегрева).
Пример 1. Определить допустимый сва-
рочный ток для источника, в паспорте которого при-
ведены /н = 500 А и ПРК = 65%, если источник ра-
ботает непрерывно более 10 мин, т. е. 77Р=100 %.
1„ = 500 ~ 500^- = 400 А.
л V юо ю
Таким образом, данный источник питания мо-
жет работать непрерывно при сварочном токе не
более 400 А.
Пример 2. Определить допустимый ПРД
сварочного трансформатора при токе 1200 А, если
по паспорту /н = 10СЮ А и ПРИ = 75%. Из приведен-
ной выше формулы:
пр — пр = 75 • 1^002 _ 75. 10Q — 52<у
ПРа - ПР„ - 75 12(Х)2 - 75 144 - 52%.
1'48
chipmaker.ru
Данный трансформатор можно применять для
сварки током 1200 А, но при ПР не более 52%.
Величина номинальных токов в. источниках
питания. В соответствии с ГОСТ 10594—74
. оборудование для дуговой сварки должно изго-
тавливаться на номинальные токи: 40; 50, 63;
80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630;
800; 1000; 1250; -1600; 2000; 2500; 3150; 4000;
5000 А.
Для ручной и полуавтоматической сварки
обычно пользуются источниками с номиналь-
ным током до 500 А.
§ 97. Сварочные трансформаторы
Общие требования к трансформаторам: на-
пряжение холостого хода не должно превышать
80 В, регулирование тока должно осущест-
вляться по возможности плавно.
В Советском Союзе применяются сварочные
трансформаторы двух групп: I — с нормальным
магнитным рассеянием и реактивной катушкой
(дросселем); реактивная катушка может рас-
полагаться на отдельном магнитопроводе (тран-
сформаторы типа СТЭ — сварочный трансфор-
матор завода «Электрик») или на общем маг-
нитопроводе (трансформаторы типа СТН —
сварочный трансформатор В. П. Никитина);
II — с увеличенным магнитным рассеянием
(трансформаторы типов ТС — трансформатор
сварочный, ТСК — с конденсатором, ТД —
трансформатор дуговой, СТАН — сварочный
трансформатор Академии наук и СТШ — сва-
рочный трансформатор шунтовой).
Технические данные трансформаторов для
ручной сварки приводятся в табл. 50. Электри-
Рис. 112. Электрическая схема сварочного транс-
форматора типа СТЭ:
I, II, III — первичная, вторичная и реактивная об-
мотки; П — подвижный пакет сердечника дросселя,
S — воздушный зазор в сердечнике
ческие принципиальные схемы трансформато-
ров даны на рис. 112—115. Устройства, создаю-
щие падающую вольт-амперную характери-
стику трансформатора, обеспечивают устой-
чивое горение дуги и регулирование сварочного
тока. Эти устройства представляют собой дрос-
сель (рис. 112, 113), магнитный шунт (рис. 114)
и .механизм перемещения вторичной обмотки
(рис. 115).
Рис. 113. Электрическая схема сварочного трансфор-
матора типа СТН:
I, Н, III — первичная, вторичная и реактивная об-
мотки; П — подвижный пакет сердечника дросселя, .
S — воздушный зазор в сердечнике
Рис. 114. Электрические схемы сварочных трансфор-
маторов СТАН (а) и СТШ (б):
I — первичная обмотка, II — вторичная обмотка
основная, II' — вторичная обмотка реактивная;
1 — магнитный шунт, 2 — винтовой механизм
149
150
50; Технические данные некоторых сварочиых трансформаторов
Параметры Марка трансформатора
СТЭ-24у СТЭ'34У СТН-350 СТН-500 СТ Ш-300 СТШ-500 ТС-120 ТС-300 ТС-500 ТД-300 ТД-500 ТСК-300
Продолжительность работы ПР. 65 65 50 60 60 60 60 60 60 60 60 60
Номинальный свароч- ный ток. А 350 500 350 500 300 500 120 300 • 500 300 500 300
Номинальная мощ- ность. кВА 23 зо 25 32 20.5 33,0 9 20 32 20 32 20
Пределы регулирова- ния сварочного тока 100—500 150—-700 80-450 150—700 110—405 145—650 50—160 110—385 ГЗО—110) 165—650 (40—165) 160—385 (60—160) 240—650 (90—240) 110—385 (30—100)
Напряжение холосто- го хода, В 60 - (Ю 70 60 63 62 68 63 60 61: 79 60: 76 63
Масса, кг 130'90 160,100 220 275 158 220 90 180 250 137 210 215
Примечания: 1. В скобках указаны Пределы регулирования сварочного тока в дополнительном диа-
пазоне.
2. Для трансформатор08 типа СТЭ указана масса трансформатора и дросселя.
chipmaker.ru
Рас. 115. Электрическая схема трансформатора типа
ТСК:
I — первичная обмотка, II — вторичная обмотка
подвижная, С — конденсатор
Создание падающей вольт-амперной харак-
теристики. Для зажигания дуги требуется по-
вышенное напряжение по сравнению с напряже-
нием дуги. Во вторичной обмотке сварочного
трансформатора индуктируется постоянная
электродвижущая сила. Она равна напряжению
на зажимах сварочной цепи.
При нагрузке ток вторичной обмотки создает
магнитный поток в сердечнике дросселя (или
трансформатора). Этот магнитный поток индук-
тирует э.д.с. самоиндукции или реактивную
э. д. с. рассеяния. В обоих случаях это приводит
к образованию индуктивного сопротивления
в сварочной цепи и падению напряжения на
дуге, т. е. к созданию падающей характеристики.
Распределение э. д. с. источника питания в цепи
показано на рис. 116.
Улучшение устойчивости горения дуги. В про-
цессе перехода капли электродного металла на
изделие происходит короткое замыкание. Время
Рис. 116. Схема образования внешней характерис-
тики:
/ — напряжение во вторичной обмотке сварочного
трансформатора, 2 — падающая характеристика
всточника питания, 3 — статическая характе-
ристика дуги, 4 — точка устойчивого горения дуги
Рис. 117. Кривые изменения напряжения и тока дуги
пги активном сопротивлении в цепи:
U, U3, Ua —напряжение источника, зажигания,
дуги; t — время; I — сила тока, Т — время полного
периода синусоидального напряжения источника;
Т’обр — время обрыва дуги
восстановления напряжения после перехода кап-
ли для повторного зажигания дуги, а также пос-
ле перехода тока через нулевое значение зависит
от величины угла сдвига фаз между током и
напряжением в сварочной цепи. На рис. 117, 118
показаны кривые изменения тока и напряжения
в зависимости от времени при сварке с актив-
ным и индуктивным сопротивлением (со сдви-
юм фаз между током и напряжением). При
одном активном сопротивлении при сварке*
происходят перерывы в горении дуги в каждом
периоде. Время перерыва можно уменьшить
различными способами, например увеличением
напряжения холостого хода сварочного транс-
форматора (этот способ не используется ввиду
опасности для сварщика) или путем снижения
напряжения, необходимого для зажигания дуги.
Второй способ связан с применением электрод-
ных покрытий, имеющих особые технологиче-
ские свойства. Такие покрытия еще не разра-
ботаны. При работе на сварочных токах боле:
250 А напряжение холостого хода может быть
снижено и, следовательно, повышена устойчи-
вость дуги.
Время перерыва можно уменьшить приме-
нением тока повышенной частоты. Этот способ
иногда находит применение в сварочной прак-
тике. В этом случае пользуются преобразова-
телями с генераторами повышенной частоты,
например, типа ПС-100-1 с частотой тока
480 Гц. Время перерыва уменьшится во столько
раз, во сколько раз увеличится частота тока и
горение дуги становится устойчивым.
* Дуга представляет собой практически чисто
активное сопротивление.
151
chipmaker.ru
Рис. 118. Кривые изменения напряжения и тока дуги
при введении индуктивного сопротивления в цепь:
U, U3, Uд — напряжение источника, зажигания,
дуги; t — время, / — сила тока, Т — время полного
периода синусоидального напряжения источника,
<р — угол сдвига фаз между напряжением источника
и током
Сварочная дуга, горящая на переменном
токе со значительной индуктивностью в цепи
(рис. 118), не имеет перерывов, так как э. д. с.
самоиндукции поддерживает ее горение. Для
того чтобы величина э. д. с. самоиндукции была
достаточной для поддержания горения дуги в
момент снижения напряжения источника, необ-
ходим определенный у юл сдвига фаз <р между
током и напряжением. Устойчивое горение дуги
на любых сварочных токах обеспечивается при
cos <р=0,35—0,6.
Регулировпние сварочного тока. Изменение
величины-сварочного тока можно производить
следующими способами:
изменением величины вторичного напряже-
ния холостого хода трансформатора секциони-
рованием числа витков первичной или вторич-
ной обмоток;
изменением величины индуктивного сопро-
тивления сварочной цепи.
Оба способа следуют из закона Ома для цепи
переменного тока:
'св— ./ >
\ R2 + X2
или, если пренебречь активным сопротивле-
нием R ввиду его малой величины,
/ — JL
св~ х-
Первый способ применяется лишь как до-
полнительный, например, для получения двух
диапазонов тока, а также в трансформаторах
с жесткой вольт-амперной характеристикой.
Наиболее широко применяется второй способ —
изменение индуктивного сопротивления. Этот
способ дает возможности плавно регулировать
величину сварочного тока.
В трансформаторах типа СТЭ и СТН регу-
лирование тока осуществляется изменением
воздушного зазора в магиитопроводе дросселя
(рис. 112, ИЗ). При вращении регулировочной
ручки дросселя по часовой стрелке воздушный
зазор увеличивается, магнитный поток умень-
шается, индуктивное сопротивление становится
меньше и ток увеличивается.
Вращением рукоятки дросселя против часо-
вой стрелки достигается уменьшение зазора,
увеличение 'индуктивного сопротивления и
уменьшение тока.
В трансформаторе типа СТАН ступенчатое
регулирование производится изменением числа
витков реактивной части вторичной обмотки,
а плавное регулирование — перемещением маг-
нитного шунта. При выдвижении магнитного
шунта из сердечника магнитный поток рассея-
ния трансформатора и индуктивное сопротивле-
ние уменьшаются, вследствие чего сварочный
ток возрастает (рис. 114, а). В трансформаторах
типа СПИ магнитный шунт конструктивно
выцрлнен из двух половин, расходящихся в
противоположные стороны (рис. 114, б). Когда
шунт полностью сдвинут в сердечник, магнит-
ный поток рассеяния и реактивная э. д. с. рас-
сеяния максимальны, а сварочный ток минима-
лен. В трансформаторах с подвижными обмот-
ками (типа ТД, ТСК или ТС) плавное регули-
рование производится перемещением вторич-
ной обмотки. При увеличении расстояния между
обмотками поток рассеяния увеличивается, ин-
дуктивное сопротивление возрастает, а ток
снижается (рис. 115).
Конструкции сварочных трансформаторов.
Широко используются облегченные сварочные
трансформаторы (переносные), которые пред-
назначены для работ на строительных и мон-
тажных площадках. Эти трансформаторы рас-
считаны на выполнение коротких швов и
прихваток, т. е. для работы при 77Р=20°/о.
К таким трансформаторам относятся ТСП-1 —
на сварочный ток 105, 145, 160 и 180 А, масса
его 37 кг; ТСП-2 и ТСП-2у2— на ток от 90
до 300 А, масса 65 кг; СТШ-250 — на ток от 70
до 250 А, масса 44 кг; ТДП-1 — на ток от 55
до 175 А, масса 38 кг. Небольшая масса этих
трансформаторов достигнута за счет примене-
ния для сердечников стали с высокой магнитной
проницаемостью, особой изоляции обмоток
и понижения (до 20%) Z7P.
152
chipmaker.ru
Для монтажных работ выпускается также
трансформатор Т Д-304, рассчитанный на
ПР=50%, токи от 60 до 385 А, с подвижной
вторичной обмоткой. Трансформатор имеет
обмотки с теплостойкой и влагостойкой изоля-
цией и может комплектоваться приставкой
РТД-2 для дистанционного регулирования сва-
рочного тока. Масса трансформатора (уста-
новлен на салазки) —137 кг.
Промышленностью ^выпускаются бытовые
сварочные аппараты АДЗ-10Д и ТД-101, пред-
назначенные для ручной дуговой сварки стали
толщиной до 2 мм покрытыми электродами
марки ОЗС-9 диаметром 2 мм с повышенными
ионизирующими свойствами. Первичный ток —
15 А, номинальный сварочный ток — 50 А,
потребляемая мощность —1,85 кВт, масса
аппарата — 20 кг.
Осцилляторы предназначены для об-
легчения зажигания и стабилизации дуги пере-
менного тока при сварке неплавящимся (вольф-
рамовым) электродом и покрытыми электрода-
ми с низкими ионизирующими свойствами.
Этот прибор создает переменный ток высокой
частоты 250—300 кГц с высоким напряжением
(более 2500 В). Ток высокой частоты при таком
высоком напряжении не представляет большой
опасности для сварщика, так как может вызвать
лишь поверхностные ожоги кожи.
Осцилляторы включаются параллельно или
последовательно с дугой. В сварочной цепи
с осцилляторе дуга возбуждается без предва-
рительно > замыкания электрода с изделием
(на расстоянии 1—3 мм 6т электрода до изде-
лия), поэтому их целесообразно, включать при
сварке на малых токах.
§ 98. Сварочные преобразователи
постоянного тока
и сварочные агрегаты
Классификация сварочных преобразователей
и агрегатов. Для сварки постоянным током
источниками питания служат сварочные пре-
образователи и сварочные агрегаты. Сварочный
преобразователь состоит из генератора постоян-
ного тока и приводного электродвигателя, сва-
рочный агрегат — из генератора и двигателя
внутреннего сгорания. Сварочные агрегаты
употребляются для рабогы в полевых условиял
и в тех случаях, когда в питающей электриче-
ской сети сильно колеблется напряжение. Гене-
ратор и двигатель внутреннего сгорания (бензи-
новый‘или дизельный) монтируются на общей
раме без колес, на катках, колесах, в кузове
автомашины и на базе трактора.
Для работы в разных условиях выпускаются
агрегаты: АСБ-300-7 — бензиновый двигатель
Г АЗ-320, смонтированный с генератором
ГСО-300-5 на раме без колес; АСД-3-1 — ди-
зельный двигатель и генератор СГП-3-VIII —
в том же исполнении; АСДП-500 — как и
предыдущий агрегат, но установленный на двух-
осном прицепе; С ДУ-2 — агрегат, смонтиро-
ванный на базе трактора Т-100М;
ПАС-400-У1П — двигатель типа ЗИЛ-164 и
генератор СГП-3-VI, смонтированные на жест-
кой раме, снабженной роликами для перемеще-
ния по ровному полу. Выпускаются и другие
агрегаты, отличающиеся конструктивным
исполнением.
Сварочные генераторы бывают однопосто-
выми и многопостовыми, рассчитанными для
одновременного питания нескольких сварочных
постов. Однопостовые сварочные генераторы
изготовляются с падающей или жесткой внеш-
ними характеристиками.
Большая часть генераторов, комплектую-
щих сварочные агрегаты и преобразователи
(типа ПС и ПСО), имеют падающую внешнюю
характеристику. Генератор преобразователя
типа ПСГ имеет жесткую вольт-амперную
характеристику. Выпускаются генераторы
универсальные, позволяющие получать, и па-
дающую, и жесткую характеристики (преобра-
зователи типа ПСУ).
Сварочные преобразователи ПСО-500,
ПСО-300А, ПСО-120, ПСО-800, ПС-1000,
АСО-2000, ПСМ-1000-4 и другие снабжаются
в основном асинхронными трехфазными корот-
козамкнутыми двигателями в однокорпусном
исполнении. Они имеют колеса для перемеще-
ния по цеху или устанавливаются неподвижно
на плите.
Технические данные некоторых преобразо-
вателей приведены в табл. 51.
Устройство и работа сварочных генераторов.
Промышленностью выпускаются сварочные
генераторы трех типов: с независимой и парал-
лельной обмотками возбуждения, размагничи-
вающей последовательной обмоткой и с рас-
щепленными полюсами.
Генераторы с независимой обмоткой воз-
буждения и размагничивающей последователь-
ной обмоткой (рис. 119) применяются главным
образом в сварочных преобразователях
ПСО-120, ПСО-300А, ПСО-500, ПСО-800,
ПС-1000, АСО-2000, отличающихся мощно-
стью и конструктивным оформлением.
153
chipmaker.ru
51. Технические данные преобразователей типа ПСО, ПСГ, ПСУ
Преобразователь
Параметры ПСО-ЗОО-1 ПСГ-350 ПСУ-309
Генератор
ГСО-ЗОО с па- дающей харак- теристикой ГСГ-350 с жест- кой характерис- тикой ГСУ-300 с падающей и жесткой характеристикой
Номинальный ток, А Номинальный ПВ, % Напряжение холостого хода, В Номинальное напряжение, В Пределы, регулирования тока, А Длительн’ость цикла, мин Мощность генератора, кВА Мощность преобразователя, кВА Масса преобразователя, кг 300 60 75 30 75—320 5 9 14 430 350 60 18—42 40 50—350 10 8 14 400 300 60 и 65 с падающей характе- ристикой 16—36 и 48 с падающей харак- теристикой 30 75—300 10 и 5 с падающей характерис- тикой 8 10 315
На схеме генератора (рис. 199, а) показаны
две обмотки возбуждения: незаьисимая Н-и
последовательная С, которые расположены на
разных полюсах. В цепь независимой обмотки
включен реостат РТ. Последовательная об-
мотка изготовлена из шины, большого сечения,
так как в ней протекает большой сварочный ток.
От части ее витков сделана отпайка, вынесен-
ная на переключатель П.
Рис. 119. Генератор с независимым возбуждением и
размагничивающей последовательной обмоткой:
а — принципиальная электрическая схема, б — внеш-
ние характеристики
Магнитный поток последовательной обмот-
ки направлен навстречу магнитному потоку,
создаваемому независимой обмоткой возбуж-
дения. В результате действия этих потоков
появляется результирующий поток. При холо-
стом ходе последовательная обмотка не ра-
ботает.
Напряжение холостого хода генератора
определяется током в обмотке возбуждения.
Это напряжение можно регулировать реоста-
том РТ, изменяя величину тока в цепи намагни-
чивающей обмотки.
При нагрузке в последовательной обмотке
появляется сварочный ток. создающий магнит-
ный поток противоположного направления.
С увеличением сварочного тока противодей-
ствующий магнитный поток увеличивается, а
рабочее напряжение уменьшается. Таким обра-
зом образуется падающая внешняя характери-
стика генератора (рис. 119,6).
Изменяют внешние характеристики регули-
рованием тока в обмотке независимого возбуж-
дения и переключением числа витков размагни-
чивающей обмотки.
При коротком замыкании сила тока возра-
стает настолько, что размагничивающий поток
резко увеличивается. Результирующий поток,
а следовательно, и напряжение на клеммах
генератора практически падают до нуля.
154
chipmaker.ru
Сварочный ток регулируется двумя способа-
ми: переключением числа витков размагничи-
вающей обмотки (два диапазона) и реостатом
в цепи независимой обмотки (плавное регули-
рование). При подключении сварочного прово-
да на левую клемму (рис. 119, а) устанавлива-
ются малые токи, на правую — большие.
Генераторы с параллельной намагничиваю-
щей и последовательной размагничивающей
обмотками возбуждения относятся к системе
генераторов с самовозбуждением (рис. 120).
Поэтому их полюса изготовляются из ферро-
магнитной стали, имеющей остаточный маг-
нетизм.
Как видно из схемы (рис. 120, а), генератор
имеет на основных полюсах две обмотки:
намагничивающую Н и последовательно
включенную размагничивающую С. Ток на-
магничивающей обмотки создается якорем
самого генератора, для чего служит третья
щетка С, расположенная на коллекторе посре-
дине между основными щетками а и б.
Встречное включение обмоток создает па-
дающую внешнюю характеристику генератора
(рис. 120, б). Сварочный ток плавно регулирует-
ся реостатом РП, включенным в цепь обмотки
самовозбуждения. Для ступенчатого регулиро-
вания тока размагничивающая обмотка секци-
онирована так же, как и в генераторе типа
ПСО. По такой схеме работают генераторы
сварочных преобразователей ПС-300,
ПСО-ЗООМ, ПС-300-1, ПСО-300, ПС-500,
САМ-400.
Рис. 120. Генератор с саловозбуж чешем и размагни-
чивающей последовательной обмоткой:
а — принципиальная электрическая схема, б — внеш-
ние характеристики
Рис. 121. Генератор с расщепленными полюсами:
а, б — принципиальные магнитная и электрическая
схемы; Ф1, Ф]— магнитные потоки якоря, Фг —
главный , магнитный поток, Фп — поперечный маг-
нитный поток, ГН — нейтраль, П — обмотка попе-
речных полюсов. Гл — обмотка главных полюсов,
РТ — реостат
Генератор с расщепленными полюсами
(рис. 121) не имеет последовательной обмотки.
В этом генераторе расположение полюсов от-
личается от обычных электрических генераторов
постоянного тока. Магнитные полюса не чере-
дуются (за северным следует южный, затем
опять северный и т. д.), а одноименные полюса
располагаются рядом (два северных и два
южных, рис. 121, б). Горизонтальные полюса
Nr называются главными, а вертикальные N„ —
поперечными.
Главные полюса имеют вырезы, уменьшаю-
щие их поперечное сечение для полного насыще-
ния' магнитным потоком уже при холостом
ходе. Поперечные полюса имеют большое сече-
ние и работают на всех режимах при неполном
насыщении. На главных полюсах размещены
только главные обмотки возбуждения, а на
поперечных — только поперечные. В цепи попе-
речных обмоток возбуждения установлен регу-
лировочный реостат РТ. Обе обмотки включены
между собой параллельно и получают питание
от щеток, т. е. генератор работает с самовоз-
буждением. Генератор имеет две главные щетки
а и б и дополнительную тетку с.
При нагрузке в обмотке якоря появляется
ток, который создает магнитный поток якоря,
подмагничивающий главные полюса и размаг-
ничивающий поперечные. Так как главные по-
люса полностью насыщены, то действие под-
155
chipmaker.ru
магничивающего потока не сказывается. С уве-
личением сварочного тока магнитный поток
якоря увеличивается, его размагничивающее
действие (против потока поперечных полюсов)
возрастает и это приводит к уменьшению рабо-
чего напряжения; создается падающая внешняя
характеристика генератора. Таким образом,
падающая характеристика генератора получа-
ется за счет размагничивающего действия маг-
нитного потока якоря.
Плавное регулирование сварочного тока
осуществляется реостатом в цепи поперечной
обмотки возбуждения*.
По схеме с расщепленными полюсами рабо-
тают генераторы преобразователей ПС-300М,
СУГ-2ру и др.
; Конструкции однопостовых сварочных пре-
образователей. Преобразователи ПС-300-1 и
ПСО-ЗОО служат для питания одного поста,
для сварки, наплавки и резки. Преобразователи
рассчитаны на рабочий ток от 65 до 340 А.
Сварочный генератор преобразователя отно-
сится к типу генератора с параллельной намаг-
ничивающей и последовательной размагничи-
вающей обмотками возбуждения.
Генератор имеет крутопадающие внешние
характеристики (рис. 120,6) и два диапазона
сварочных токов: 65—200 А и при подключении
сварочного кабеля к левому зажиму (+) с пол-
ным числом витков последовательной размаг-
ничивающей обмотки; 160—340 А — при под-
ключении к правому зажиму (+) с частью
витков последовательной обмотки. В цепь на-
магничивающей обмотки возбуждения вклю-
чен реостат типа РУ-Зб сопротивлением 2,98 Ом
на токи 4,5—12 А, предназначенный для регу-
лирования сварочного тока.
Преобразователь ПСГ-300-1 предназначен
для питания поста полуавтоматической сварки
в защитном газе. Генератор преобразователя
имеет жесткую внешнюю характеристику, ко-
торая создается подмагничивающим действием
последовательной обмотки возбуждения. Неза-
висимая обмотка возбуждения питается от селе-
нового выпрямителя, подключенного к сети
переменного тока через феррорезонансный ста-
билизатор. В цепь обмотки независимого воз-
буждения включен реостат, позволяющий плав-
но регулировать напряжение на зажимах гене-
ратора от 16 до 40 В. Преобразователь вклю-
* В выпускавшихся ранее генераторах этого
типа (СУГ-2а, СУГ-26 и др.) грубая регулировка
тока осуществлялась смещением щеток от нейтрали.
Рис. 122. Сварочный универсальный преобразователь
типа ПСУ:
д — электрическая схема, б — внешние характерис-
тики ГСУ-300; В — выпрямитель, НО — независи-
мая обмотка возбуждения, ПП — переключатель
последовательной обмотки, Д — дроссель, Г — сва-
рочный генератор, R — реостат для регулирования
Напряжения и тока
чается в сеть пакетным выключателем. Пределы
регулирования сварочного тока 75—300 А.
Универсальные сварочные преобразователи
ПСУ-300, ПСУ-500 имеют как падающие, так
я жесткие внешние характеристики. Преобразо-
ватели этого типа состоят из однопостового
сварочного генератора постоянного тока и при-
водного трехфазного асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором, находящихся в
одном корпусе.
Сварочный генератор типа ГСУ изготовля-
ется с четырьмя основными и двумя дополни-
тельными полюсами (рис. 122). На двух основ-
ных полюсах уложены витки основной намаг-
ничивающей обмотки возбуждения, которая
получает питание от сети через стабилизирую-
щий трансформатор и селеновый выпрямитель.
На двух других основных полюсах уложены
витки последовательной обмотки возбуждения;
156
chipmaker, ru
магнитный поток этих полюсов направлен на-
встречу основному намагничивающему потоку.
Обмотки дополнительных полюсов предназна-
чены для улучшения коммутации.
Для получения крутопадающих внешних
характеристик включается независимая обмот-
ка возбуждения, последовательная размагни-
чивающая и часть витков обмотки дополни-
тельных полюсов.
При переходе на жесткие внешние характе-
ристики (рис. 122, б) последовательная размаг-
ничивающая обмотка частично отключается,
но включается увеличенное количество витков
обмотки дополнительных полюсов.
Изменение вида характеристики осуществля-
ется переключением пакетного переключателя,
установленного на распределительном устрой-
стве, и присоединением сварочных проводов к
двум соответствующим зажимам на клеммовой
доске.
§ 99. Многопостовые сварочные преобразователи
Многопостовые преобразователи применя-
ют для централизованного одновременного пи-
тания током нескольких сварочных постов.
Для этого рационально пользоваться мощным
преобразователем, имеющим жесткую внеш-
нюю характеристику.
Для получения падающей характеристики
на каждом сварочном посту сварочная дуга
включается последовательно через балластный
реостат. Изменением сопротивления реостата
регулируют сварочный ток по формуле
UT —
Л
где Ur — напряжение на зажимах генератора
(оио обычно равно 60 В); Ua —напряжение
дуги; R — сопротивление балластного реостата.
Рве. 123. Вольт-амперные характеристика при пита-
виг от генератора (I), сварочного поста (II) (при вклю-
чено балластного реостата), сварочной дуги (III)
PH
Рис. 124. Принципиальная схема многопостового ге-
нератора:
PH — реостат регулирования напряжения, РБ —
балластный реостат
Падающая характеристика на рис. 123 имеет
вид прямой линии II. Она пересекает стати-
ческую характеристику сварочной дуги 1П в
точке 2, являющейся точкой устойчивого горе-
ния дуги. Точка 1 соответствует холостой ра-
боте генератора, а точка 3 — моменту корот-
кого замыкания.
Устройство многопостового преобразователя.
Многопостовой преобразователь (рис. 124) со-
стоит из генератора постоянного тока и при-
водного асинхронного электродвигателя. Пре-
образователь устанавливается на фундаменте.
Промышленностью выпускается преобразо-
ватель ПСМ-1000-4*. Преобразователь имеет
шестиполюсный генератор системы самовоз-
буждения.
Напряжение, создаваемое генератором, ре-
гулируется реостатом, включенным в цепь па-
раллельной обмотки возбуждения.
Количество сварочных постов, которые мож-
но подключить к преобразователю, определяют
по формуле
где п — количество постов; I — номинальный
ток генератора, А; 10 — наибольший ток, по-
требляемый одним сварочным постом, А; а —
коэффициент одновременности работы постов,
принимаемый в расчетах равным 0,6-—0,65.
Пример. Определить количество сварочных
постов от много постового генератора с номиналь-
ным током 1000 А, если на каждом посту макси-
мальный ток равен 200 А.
п =-—— = 8,4; принимаем 8 постов.
ZUU "-и,®
* Ранее выпускались преобразователи
ПСМ-1000-1,2,3, имевшие конструктивные отли-
чия от ПСМ-1000-4.
10
chipmaker.ru
Рис. 125. Балластньй реостат типа РБ:
а — внешний вид, б — принципиальная схема;
1—22 — сопротивления; I—V — рубильники
Балластные реостаты (рис. 125). Назначение
ба пастного реостата — создание падающей
характеристики на каждом посту и регулирова-
ние сварочного тока. Реостатом производится
ступенчатая регулировка сварочного тока в до-
статочно широких пределах (20 ступеней). Рео-
стат состоит из пяти ступеней сопротивления
(рис. 125), которые при помощи пяти рубиль-
ников могут включаться в цепь сварочной дуги.
Каждая ступень включает >в себя несколько
элементов сопротивлений, выполненных из про-
волоки или ленты с большим удельным со-
противлением.
Из рис. 125 видно, что минимальный сва-
рочный ток будет при включении рубильника I,
а максимальный при включении всех пяти ру-
бильников. Выпускаются балластные реостаты
РБ-201, РБ-301 и РБ-501. Реостат РБ-201 дает
возможность регулировать сварочный ток от
10 до 200 А через каждые 10 А; РБ-301 — от 15
до 300 А через каждые 15 А; РБ-501 — от 25
до 500 А через каждые 25 А.
Преобразователь ПСМ-1000-4 поставляется
комплектно с шестью реостатами РБ-301.
§ 100. Сварочные выпрямители
Типовая электрическая схема сварочного
выпрямителя представлена на рис. 8 (см. гл. II).
Преимущества сварочных выпрямителей перед
преобразователями заключаются в отсутствии
вращающихся частей, более высоком к. п. д.
и меныпих потерях энергии при холостом ходе,
бесшумности работы, равномерной загрузке
трехфазной сети, меньшей массе и более ши-
роких пределах регулирования сварочного тока
и напряжения. Эти преимущества позволяют
широко использовать сварочные выпрямители
вместо преобразователей, особенно в условиях
стационарного производства.
Сварочный выпрямитель состоит из двух
основных частей: понижающего (обычно трех-
фазного) трансформатора с устройством для
регулирования тока или напряжения и выпря-
мительного блока, состоящего из селеновых
или кремниевых вентилей.
Конструкцию сварочного выпрямителя не-
сколько усложняет входящий в него вентилятор
для охлаждения выпрямительного блока. Вен-
тилятор сблокирован с выпрямителем воздуш-
ным реле. Если вентилятор поврежден, то вы-
прямитель не включается, если повреждение
произойдет во время работы, то выпрямитель
выключится.
Промышленностью выпускаются однопос-
товые и многопостовые сварочные выпрями-
тели. Однопостовые выпрямители рассчитаны
на получение либо жесткой и пологопадающей,
либо крутопадающей вольт-амперной харак-
теристики; выпускаются также универсальные
выпрямители с крутопадающими и жесткими
характеристиками. Сварочный ток чаще всего
регулируется изменением расстояния между об-
мотками трансформатора (подвижные обмотки
первичные). Регулирование напряжения произ-
водится секционированием первичной обмот-
Ряс. 126. Сварочный выпрямитель ВДУ-504
158
chipmaker.ru
га, т. е. изменением коэффициента трансфор-
мации.
Многопостовые сварочные выпрямители вы-
пускаются для одновременного питания шести,
девяти и восемнадцати сварочных постов; они
комплектуются соответствующим количеством
балластных реостатов РБ-301.
Внешний вид универсального выпрямителя
ВДУ-504 представлен на рис. 126.
Краткие технические данные некоторых ти-
пов сварочных выпрямителей приведены в
табл. 52—54.
52. Технические данные сварочных выпрямителей с падающими характеристиками
Параметры Тип выпрямителя
ВСС-120-4 ВСС-300-3 ВКС-500-1 вД-101 ВД-301 В Д-303
Первичное напряжение, В 220/380 220 или 380
Выпрямленное напряжение хо- лостого хода, В 63—57 61—58 65—78 64 65 75—85
Номинальный сварочный ток, А 120 300 500 125 300 300
Пределы регулирования сва- рочного тока, А 15—130 40—320 80—550 20—125 55—310 40—300
Полезная мощность, кВт 3,0 9,0 20,0 3,5 9,6 9,6
Масса, кг 180 240 385 170 230 240
53. Технические данные сварочных выпрямителей с жесткими характеристиками
Параметры Тип выпрямителя
ВС-200 ВС-300 ВС-500 ВДГ-502 ВС-1000-2
Напряжение питающей сети, В 380 380 380 380 380
Номинальный сварочный ток, А 200 300 500 500 1000
Пределы регулирования рабочего напряжения. В 19—26 20—48 20—45 16—40 18—65
Пределы настройки сварочного тока, А 30—200 30—300 50—500 60—500 До 1000
К. п. д., % 70 70 75 90 75
Масса, кг § 10 L Электрическое оборудован! для импульсно-дуговой сварки Особенность питания дуги пр дуговой сварке заключается в т< 187 № >и импульсно- >м, что кроме 250 сварочно подаются (рис. 127) ным гене схема ко- 350 го тока пост j кратковре . Импульсны гратором им: горогб показг 370 оянной вели денные ими й ток создает пульсов, при 1на на рис. 12 чины в дугу ульсы тока са специвль- нципиальная 8. Как видно
159
chipmaker.ru
54. Технические данные универсальных сварочных выпрямителей
Параметры Тип выпрямителя
ВСУ-300 ВСУ-500 ВДУ-504
Вид характеристики
жесткая падающая жесткая падающая жесткая падающая
Напряжение питающей сети, В 220 /380 220/ 380 .220/380
Номинальный сварочный ток, А = 300 240 500 350 5С ю
Напряжение холостого хода, В 53—65 65 52—68 68 72—78 —
Пределы регулирования сварочного тока, А 50—330 25—240 90—550 50—350 100—500 70—500
Пределы регулирования рабочего напряжения, В 17—35 — 20—40 — 18—50 —
К. п. д„ % 68 63 70 66 не менее 82
Масса, кг 320 420 380
из рисунка, оба источника питания включены
параллельно, причем источник питания Св,
имеющий пологопадающую характеристику,
подает ток непрерывно, а генератор импуль-
сов ГИ— кратковременно, при замыкании цепи-
конденсатора С контактором 2. Когда контак-
тор 2 размыкается, 'замыкается контактор 1 и
конденсатор С заряжается от выпрямителя В
через сопротивление R.
. Источник питания Св защищен от попада-
ния импульса индукционной катушкой L.
Генератор импульсов ГИД-1 питается от
сети напряжением 380 В; он имеет пределы ре-
Рис. 127. Схема сварки с прямоугольными импуль-
сами различной амплитуды н длительности:
а — на постоянном токе, б — на переменном токе
5)
гулирования амплитуды импульсов 450—1200 В
и частоту 50 и 100 имп/с.
Использование генераторов импульсов при
сварке алюминиевых сплавов в среде защитных
газов обеспечивает хорошее формирование шва,
возможность сварки во всех пространственных
положениях, повышение механических свойств
сварных соединений и снижение деформаций.
§ 102. Источники питания плазменной дуги
Источниками питания плазменной дуги мо-
гут служить стандартные сварочные выпрями-
тели, преобразователи и трансформаторы.
Внешние характеристики этих источников пи-
Рис. 128. Схема установки импульсно-дуговой сварки:
Се — источник сварного тока, L — индукцвонная
катушка, Д — дуга, ИГ — импульсный генератор;
В — выпрямитель, R — сопротивление, 1 и 2 — кон-
такторы, С — конденсатор
160
chipmaker.ru
тания должны быть крутопадающими, напри-
мер выпрямители ВД-301.ВКС-500, преобразо-
ватели ПСО-500 и др. В этом случае ток плаз-
менной дуги будет' постоянным по величине,
что обеспечит высокое качество свар: и или
резки. •
Если рабочее напряжение плазмотрона пре-
вышает номинальное напряжение источника пи-
тания, необходимо соед"няги два или три оди-
наковых источника последовательно (табл. 55).
При последовательном соединении генераторов
их обмотки возбуждения также соединяются
последовательно и пита.этся от общего выпря-
мителя, что обеспечивает постоянный режим
работы генераторов.
ГОСТ 14935—77 предусматривает производ-
ство выпрямителей для плазменно-дуговой рез-
ки на рабочие токи 400, 630 и 1QQ0 А с рабочим
напряжением от 65 до 350 В и напряжением хо-
лостого хода от 90 до 500 В (безопасность pa-
ss. Варианты схем соединения стандартных источников питания
Источник питания Соединение шин вторичных обмоток » Соединение фаз вторичных обмоток Напряжение холостого хода, В Номиналь- ный ток, А Процесс
Два выпримителя ВД-301 Последовательное Треугольник Звезда 130 220 115 70 Резка »
Параллельное Треугольник Звезда 65 110 230 130 Сварка Резка
Три' трансформатора СТШ-500 Последовательное Треугольник Звезда 160 280 420 250 Резка »
бочего-оператора обеспечивается конструкцией
плазмотрона). Выпрямители предназначены для
питания постов ручной и механизированной
резки; они должны иметь крутопадающие внеш-
ние характеристики.
В качестве специальных источников питания
плазменной дуги применяют выпрямительные
установки с вертикальными внешними харак-
теристиками.
Аппарат АМ-1 предназначен для микроплаз-
менной сварки тонколистовых металлов воль-
фрамовым электродом. Ток регулируется от
0,5 до 15 А при изменении рабочего напряжения
от 0 до 60 В.
Для плазменной резки предназначены вы-
прямители типов ИПГ-500, ИПР-120.'6(Ю и др.
Институт электросварки им. Е. О. Патона
разработал для импульсной микроплаэменной
сварки металлов толщиной до 3 мм источник
питания МПУ-5 и для металлов толщиной от
сотых долей миллиметра до 1 мм — источник
МПИ-3.
§ 103. Транзисторные и тиристорные выпрямители
Транзистор — управляемый полупро-
водниковый вентиль, в котором внутреннее
сопротивление изменяется под воздействием
управляющего сигнала.
В полупроводниковых аппаратах типа АП
регулирование тока осуществляется транзис-
торами, включенными в сварочн\ю цепь после-
довательно с выпрямителем (рис. 129). Свароч-
ный ток регулируется плавно и безынерционно
изменением тока управления транзисторов; он
не зависит от колебаний напряжения питающей
сети и изменений напряжения на дуге.
Транзисторные выпрямители используются
для малоамперных дуг с неплавящимся электро-
дом на постоянном или импульсном токе.
Промышленность выпускает транзисторные
выпрямители АП-4, АП-5 (табл. 56).
По сравнению с обычными сварочными вы-
прямителями они более безопасны в работе,
так как напряжение холостого хода транзис-
торного источника составляет не более 40 В.
Так как напряжение дуги, горящей в аргоне,
не превышает 30 В, то эти источники питания
особенно применимы для аргонодуговой сварки
вольфрамовым электродом любого металла
малой толщины.
Тиристор — управляемый кремниевый
вентиль. Он имеет третий управляющий элек-
трод и служит как для выпрямления, так и для
регулирования силы тока.
161
chipmaker.ru
Ряс. 129. Принципиальная схема аппарата АП:
а — внешний вид, б — электрическая схема; Тр — трехфазный трансформатор, В — выпрямительный блок.
Zft- луга
Управление тиристорами осуществляется
фазосдвигающим устройством, которым мож-
но изменять по фазе угол открывания тиристо-
ра относительно начала синусоиды напряжения
питающей сети. Тем самым регулируется сред-
нее значение выпрямленного тока. Блок фазо-
сдвигающего устройства имеет малую мощ-
ность, а следовательно, небольшие размеры
и массу.
Для питания сварочных постов выпускается
тиристорный универсальный выпрямитель
ВДУ-504 (см. рис. 126); для комплектации уста-
новок плазменной резки разработаны тирис-
торные выпрямители ВПТМ-500, 1000 и 3000.
56. Техническая характеристика транзисторных
выпрямителей
Характеристика АП-4 АП-5 .
Напряжение питания, В Напряжение хе пос того 380 380-
хода, В Номинальный сварочный 40 40
>ок, А Пределы регулирования 30 100
гокг А Средняя потребляемая 1—30 5—100
мощность, кВт Пределы регулирования лмпельности импульса, то- 1,2 4,0
на и паузы, с 0.03-0,6 0,03—0,6
Время гашения дуги, е 1—10 1—10
§ 104. Параллельное соединение
источников питания
Параллельное соединение двух или более
источников питания применяют в тех случаях,
когда требуемая величина рабочего тока (для
сварки или резки) больше той, которую можно
получить от одного источника. Соединять па-
раллельно можно сварочные трансформаторы
н генераторы. Значительно реже применяют
параллельное соединение сварочных выпрями-
телей.
Основные правила соединения источников
питания на параллельную работу:
1. Соединяемые источники должны быть од-
ного типа, с одинаковыми номинальными дан-
ными (величина сварочного тока, напряжение
холостого хода, частота вращения двигателя
и др.).
2. Внешние характеристики источников дол-
жны быть подобны.
3. В цепи, соединяющей клеммы низкого
напряжения, должен быть установлен рубиль-
ник для раздельной настройки напряжения хо-
лостого хода.
4. Для контроля напряжения холостого хода
и распределения токов в цепи каждого источни-
ка должны быть амперметр и вольтметр.
5. Первичные обмотки соединяемых свароч-
ных трансформаторов подключаются к одним
и тем же проводам питающей сети.
6. Правильность соединения вторичных об-
162
chipmaker.ru
Рис. 130. Схема включения источника питания сва-
рочного тока на параллельную работу:
а — соединение сварочных трансформаторов, б —
соединение сварочных преобразователей; ТР1 н
ТР2 — сварочные трансформаторы, Кл — контроль-
ная лампа, ДР1 и ДР2 — дроссели, ТТ —- трансфор-
матор тока, Р1 и Р2 — рубильники, П — предохра-
нители, Н — намагничивающие обмотки, С — раз-
магничивающие обмотки, РТ — регулировочные
реостаты, Р — пусковой рубильник, П — переклю-
чатель диапазонов
моток проверяют контрольной лампой (рис.
130, а). Если обмотки соединены правильно,
лампа не горит.
7. Генераторы с самовозбуждением вклю-
чаются с перекрестным соединением обмоток
возбуждения (рис. 130, б), чтобы избежать воз-
можности перехода тока от генератора с более
высоким напряжением к генератору с низким
напряжением. При таком переходе один из
генераторов размагнитится.
В настоящее время в связи с выпуском про-
мышленностью источников питания большой
мощности параллельное соединение источников
питания применяется сравнительно редко.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные требования к источникам
питания дуги.
2. Что такое режим работы источника питания? .
3. Назовите общие требования к сварочным транс-
форматорам.
4. Перечислите основные типы сварочных генера-
торов, различающихся по электрическим схемам.
5. Каковы преимущества и недостатки сварочных
выпрямителей по сравнению со сварочными пре-
образователями?
6. Каким требованиям должны отвечать источники
питания плазменной дуги?
7. Для каких целей предназначены тиристорные
выпрямители?
chipmaker.ru
ГЛАВА XXII
ОБОРУДОВАНИЕ
И ТЕХНОЛОГИЯ
ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ
СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ
ЭЛЕКТРОДОМ
Chipmaker.ru
§ 105. Устройство полуавтомата
В сварочном автомате механизированы две
основные операции процесса сварки — подача
сварочной проволоки в зону дуги и перемещение
дуги по линии шва; в полуавтомате механизи-.
рована лишь одна операция — подача электрод-
ной проволоки в дугу, а перемещение дуги для
образования шва производится сварщиком
вручную (рис. 131). Автоматическая подача
1 роволоки с катушки 1 осуществляется подаю-
щим механизмом 2, состоящим из электродви-
гателя М переменного или постоянного тока,
коробки скоростей ведущего б и прижимного
ролика 7. Проволока 5 подается роликами с
постоянной заданной скоростью через внут-
ренний канал гибкого шланга 3, держатель 4
и наконечник 8. Сварщик держит горелку и
вручную .перемещает- ее по шву.
Одной из основных частей полуавтомата яв-
ляется пушит 3, состоящий из проволочной спи-
рали с оплеткой и резиновой оболочкой, по
внутреннему каналу которой проходит злект-
Рис. 131. Схема Шлангового полуавтомата толкаю-
щего типа
родная проволока. Сварочный ток, защитный
газ и охлтядающат вода подводятся отдельно.
В комбинированных шлангах кроме электрод-
ной проволоки в одной оболочке проходят то-
коподводящий провод, провода цепи управле-
ния, защитный газ и охлаждающая вода. Ком-
бинированный гибкий шланг имеет большую
массу, сварщику трудно управлять им. Совре-
менные полуавтоматы снабжаются автоном-
ными шлангами, например полуавтомат А-825
и др.
Длина шланга составляет не более 3,5 м.
На горелке находится кнопка включения по-
дающего механизма.
Подача электродной проволоки вперед и
назад осуществляется переключением пакетно-
го переключателя.
В полуавтоматах для сварки в защитном
газе одновременно с пуском электродвигателя
срабатывает ре те для автоматического включе-
ния газового клапана. При этом начинается
подача электродной проволоки и газа. При
размыкании сварочной цепи реле обесточива-
ется и размыкает свои контакты. Подача элек-
тродной проволоки и' газа прекращается.
Электродвигатель для подачи сварочной про-
волоки подключается чаще всего к источнику
питания сварочного тока или к сети через пони-
жающий трансформатор 380/36 В.
Полуавтоматы подразделяют по назначению
на: стационарные, где в одном корпусе смонти-
рованы все части аппарата вместе с источником
питания; передвижные, где механизм подачи и
катушка с проволокой размещены на тележке;
переносные, где механизм подачи и катушка с
проволокой максимально облегчены; ранце-
вого типа — для сварки в условиях монтажа и
специализированные — для выполнения опре-
деленны: операций.
§ 106. Расположение подающего механизма
Для полуавтоматической сварки применя-
ются шланговые полуавтоматы толка! >щего
типа (рис. 131), тянущего типа (рис. 132) и тя-
нуще-толкающего типа (рис. 133). Тип полуав-
томата определяется местом расположения
электродвигателя.
Сопротивление прохождению проволоки за-
висит от количества изгибов шланга, его длины
и материала трущихся поверхностей проволоки
и канала.
Это сопротивление при работе полуавтома-
та меняется, что . ведет к нарушению равномер-
164
chipmaker.ru
Рве. 132. Схема шлангового полуавтомата тянуще-
го Типа:
1 — подающие ролики, 2 — держатель горелки,
3 — катушка'с проволокой, 4 — шланг, М — элект-
родвигатель механизма протягивания
ности подачи проволоки и стабильности про-
цесса сварки. Сопротивление проталкиванию
проволоки может настолько увеличиться, что
двигатель механизма подачи остановится или
начнется пробуксовка проволоки в подающих
роликах.
Для порошковых проволок из алюминия и
титана, имеющих повышенный коэффициент
трения, сопротивление проталкиванию намного
больше, чем для стальных проволок сплошного
сечения. Поэтому для снижения сопротивления
проталкиванию применяют спирали, изготов-
ленные из материалов с малым коэффициентом
Рис. 131 Схема шлашовею полуавтомата тянуще-
толкаюшего типа:
1 — толкающий электродный ролик, 2 — тянущий
электродный ролик, 3 — шланг, Mt и Мг — элект-
родвигатели
трения, или обычные спирали, смазанные нейт-
ральной смазкой (например, дисульфидом мо-
либдена, снижающим сопротивление проталки-
ванию в 1,5—2 раза). Применение спиралей из
бронзы снижает сопротивление в 2—3 раза по'
сравнению со сталью, а в трубках из фторо-
пласта — в 6—10 раз
Для мягких проволок из алюминия и его
сплавов или порошковой проволоки с высоким
коэффициентом трения (за счет неровностей по-
верхности проволоки), а также для проволок
малого диаметра (менее 0,8 мм), способных сми-
наться в канале, полуавтоматы толкающего
типа неприменимы.
В этих случаях применяют полуавтоматы
тянущего типа, механизм подачи которых рас-
положен в горелке. Однако длина шлангов
этих полуавтоматов ограничивается малой мощ-
ностью электродвигателя (до 100 Вт) и не пре-
вышает 1 м. Более длинные шланги требуют
увеличенной мощности и массы двигателей,
а следовательно, большой массы горелки.
В полуавтоматах со шлангами более 5 м
применяются механизмы подачи тянуще-тол-
Кающего типа, в которых имеется толкающий
механизм с двигателем А/ь расположенный
рядом с катушкой электродной проволоки,
и тянущий механизм с двигателем Мг, распо-
ложенный в горелке. Это значительно утяже-
ляет горелку, но устраняет неравномерность
подачи проволоки в зону сварки.
§ 107. Особенности конструкции полуавтоматов
В настоящее время широкое применение
получили полуавтоматы для сварки в защит-
ных газах А-547У, А-929С, А-537У и А-537Р,
А-1230 и др. Технические данные некоторых
шланговых полуавтоматов даны в табл. 57.
Полуавтомат А-547У позволяет сваривать
сталь толщиной 0,8 и выше и угловые швы
с катетом 1—7 мм в различных пространствен^
ных положениях. Он состоит (рис. 134) из лег-
кого чемодана с подающим механизмом и ка-
тушкой для проволоки и пульта управления,
смонтированного вместе с источником пита-
ния. Подача проволоки плавно регулируется
изменением скорости электродвигателя посто-
янного тока и сменой подающих роликов. Осо- ’
бенностью полуавтомата является питание элек-
тродвигателя и других цепей управления (по-
догреватель газа, контактор) от источника сва-
рочного тока (рис. 135). Перед началом сварки
выключателем ВК производится подключение
165
chipmaker.ru
57. Технические данные некоторых шланговых полуавтоматов
Полуавтомат Защита зоны сварки Диаметр сварочной проволоки, мм Свароч- ный ток при ПВ = 65%, А Скорость подачи проволоки, м/ч Длина шланга, м Масса меха - низма подачн, кг Тип
Полуавтоматы толкающего типа
А-547У 0,8—1,2 200 100—250 1,2 и 2,5 6 Переносный
А-1230М 0,8—1,2 315 140—570 3,0 11 То же
ПДГ-301 0,8—1,2 300 180—720 3,0 6 »
ПДГ-302 Углекислый таз 0,8—2,0 300 180—720 3,0 5 Ранцевый
ПДГ-304 0,8—1,6 300 180—720 3,0 7 То же
А-537У 1,6—2,0 520 80—600 3,5 25 Переносный
А-1035М Углекислый газ, и флюс или по- рошковая прово- лока 1,6—3,5 450 58—580 3,5 25,5 Передвижной
А-765 Без защиты 1,6—2,0 450 58—580 3,5 52 »
А 1114М То же 1,6—2,0 500 106—428 2,5 10,5 Переносный
Полуавтоматы шпулечного типа
ПШП-31 Углекислый газ и аргон 0,4—0,8 120 300—1000 — 0,8
ПДА-180-2 Аргон 1,0—1,2 180 180—660 — 0,95
Полуавтоматы тянущего типа
ПШП-10 Аргон 1,0—2,5 300 160—650 1,7
Полуавтоматы тянуще-толкающего типа
ПДА-300 Аргон 1,6—2,0 300 120—420 10,4
всей аппаратуры полуавтомата. После нажатия
кнопки «Пуск», расположенной на щитке свар-
щика, замыкается цепь катушки силового кон-
тактора, срабатывает контактор и на горелку
подается сварочное напряжение источника пи-
тания; одновременно включается двигатель ме-
ханизма подачи проволоки, и она начинает
подаваться в зону дуги. Процесс сварки продол-
жается, пока замкнута кнопка «Пуск». При
отпускании кнопки «Пуск» процесс сварки пре-
кращается.
Полуавтомат А-547У снабжается легкой го-
релкой для сварочной проволоки 0,8—1,0 мм
(рис. 136), массой 120 г, с шлангом длиной 1,2 м
и тяжелой горелкой — для проволоки 1,2—
1,4 мм. Газ подводится по отдельной трубке,
присоединенной к штуцеру.
Вылет электродной проволоки (расстояние
между точкой подвода сварочного тока к про-
волоке и изделием) обычно равняется:
Диаметр
проволо-
ки, мм 0,5 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0
Blijici, мм 5-8 6 12 7 13 8 -15 13—20 15—25
Если вылет сварочной проволоки больше
указанного, то увеличивается разбрызгивание
электродного металла и нарушается процесс
сварки; если вылет меньше, то подгорает на-
конечник. Постоянство зылета и надежность
работы наконечника обеспечиваются контакт-
ным сапожком (рис. 137). В изогнутых нако-
нечниках применяют один контактный сапожок,
в прямых — два.
Сварка в различных положениях шва в про-
странстве производится на разных режимах.
При переходе от нижних к вертикальным швам
режим (напряжение и скорость подачи прово-
локи) следует уменьшать. Частое изменение
режима сварки вручную отрывает сваршика и
занимает много времени, поэтому некоторые
полуавтоматы комплектуются устройствами
для дистанционного управления режимом
сварки. Устройство для дистанционного пе-
реключения режима делает полуавтомат
удобным и для операций начала и окончания
сварки.
К двухрежимным относится шланговый по-
луавтомат А-929С. В процессе работы пере-
166
chipmaker.ru
Рис. 134. Общая схема установки полуавтомата А-547У для сварки в защитном газе:
1 — ульт управления, 2 — источник питания дуги и электромотора полуавтомата,
3 — баллон с газом, 4 — электроподогреватель газа, 5 — осушитель газа, б — ре-
дуктор, 7 — расходомер, 8 — горелка, 9 — шланг для подачи проволоки, 10 — че-
модан с падающим механизмом и катушкой для проволоки, 11 — сварочный про-
вод, 12— кнопка «Пуск» для подачи напряжения от источника питания, для дуги
и мотора полуавтомата, находящаяся на щитке сварщика
ключение режимов производится нажатием
кнопки, расположенной на горелке полуав-
томата.
Полуавтомат ПДПГ-500 для сварки в угле-
Рве. 135. Электрическая схема полуавтомата А-547У:
КС — контактор силовой, Р — реостат для регули-
рования скорости подачи проволоки, Rg, и Rg2 —
постоянные сопротивления, ПГ — электроподогре-
ватель газа, ВК — выключатель всей аппаратуры
полуавтомата, «Пуск» — кнопка на щитке сварщи-
ка, ОВ — обмотка возбуждения мотора
кислом газе проволокой диаметром от 0,8
до 2 мм комплектуется так же, как полуавтомат
А-547У. Полуавтомат снабжается. двумя сва-
рочными горелками: легкого типа, охлаждае-
мой защитным газом и предназначенной для
сварки на токах до 150 А, и тяжелого типа —
охлаждаемой водой, для сварки на токах до
500 А.
Серийно выпускаются универсальные полу-
автоматы А-765, А-1О35М, А-1197П и др.
• Электрокинематическая схема полуавтома-
та А-765 для сварки порошковой проволокой
представлена на рис. 138. Для лучшей подачи
порошковой проволоки, обладающей малой
жесткостью, механизм подачи снабжен двумя
парами подающих роликов, что позволяет сни-
зить давление на проволоку.
Унифицированный полуавтомат А-1197
предназначен для сварки сплошной проволокой
диаметром 1,6—2 мм и порошковой диамет-
ром до 3,5 мм на токах до 500 А. Кроме универ-
сальных полуавтоматов, промышленность вы-
пускает полуавтоматы специального назначе-
167
chipmaker.ru
Рис. 136. Горелка легкого типа полуавтомата А-547У:
1 — сопло, 2 — токоподвод, 3 — отверстия выхода газа, 4 — спираль, 5 — ручка, 6 — подвод газа, 7 — за-
жим держателя, 8 — токоподводящая оплетка, 9 — шланг для подачи проволоки и сварочного тока
ния,- например для сварки в монтажных усло-
виях.
Полуавтомат А-И14 для сварки в монтаж-
ных условиях (рис. 139) построен по упрощен-
ной схеме; он обладает легкостью и компакт-
ностью — механизм подачи и катушка с прово-
локой расположены в чемодане.
Полуавтомат ранцевого типа ПДГ-304
(рис. 140) предназначен для сваркй в монтаж-
ных условиях. Он снабжен ранцевыми ремнями
для переноски его на спине. Такая компоновка
полуавтомата позволяет пользоваться корот-
ким шлангом, что повышает равномерность
подачи проволоки. Масса механизма подачи —
7 кг.
Кроме специализированных заводов, вы-
пускающих сварочные полуавтоматы, некото-
рые организации страны изготовляют их по
модернизированным схемам. Например, в ин-
ституте «Оргэнергострой» разработан полуав-
томат типа ПМП для сварки порошковой про-
волокой в условиях открытой строительно-
монтажной площадки. Масса' полуавтомата
равна 10 кг, в том числе масса' механизма по-
Рис. 137. Контакты держателя для изогнутых (а)
я прямых (6) мундштуков при сварке проволокой
0,5—1,2 мм:
1 — контактный сапожок, 2 — наконечник, 3 — мунд-
штук, 4 — сопло
168
chipmaker.ru
Рис. 138. Электрокииематическая схема шлангового
полуавтомата А-765:
1 — ролик прижимной, 2 — ролик ведущий, 3, 4 —
червячные колеса, 5 — сменные шестерни, Пр1—пре-
дохранитель, ТП — трансформатор понижающий,
ЛУ — йклякс луежллвг дшт ик.гедочная' .лтерида?,
К2 — кнопка пусковая при сварке, Р — промежуточ-
ное реле, ПП — пакетный переключатель, РШ1 —
штепсельная розетка, ШР1 — штепсельный разъем,
М — электродвигатель
Рис- 139. Полуавтомат А-1114:
° — внешний вид, б — электрическая схема, ДП —
двигатель подачи проволоки, ОВДП — обмотка
возбу’адения двигателя подачи, К — кнопка включе-
ния Полуавтомата (на рукоятке горелки), Р — реле
для включения нормально открытого контакта Р1
и дл^ выключения нормально закрытого контак-
та Р2 в цепи двигателя, Г — преобразователь сва-
рочной
дачи проволоки вместе с кассетой и пультом
управления — 7 кг. Особенностью конструкции
этого полуавтомата является отсутствие шкафа
управления, что выгодно отличает его от дру-
гих полуавтоматов, имеющих довольно гро-
моздкие и тяжелые шкафы управления.
Рис. 140. Полуавтомат ПД Г-304 ранцевого тина:
1 — сопло, 2 — упор, 3 — приставка, 4 — рукоятка,
5 — горелка, б — шланг, 7 — катушка, 8 — меха-
низм подачи
§ 10$. Технология полуавтоматической сварки
в углекислом газе н его смесях
В качестве защитных используются актив-
ные газы, т. е. такие, которые могут вступать
во взаимодействие с другими элементами в
процессе сварки. К таким газам относятся угле-
кислый газ (СО2) или смеси: 70% углекислого
газа и зо% аргона (или кислорода) — для сварки*
углеводистых сталей; 70% аргона и 30% уГле-
кислрго газа — для сварки легированных ста-
лей.
Применение газовых смесей вместо 100%
углекислого газа повышает производитель-
ность, экономичность, качество сварки.
Достоинством сварки в защитном газе яв-
ляется также то, что на сварные изделия, вы-
полненные этим процессом, без особой подго-
169
chipmaker.ru
товки можно наносить прочные антикорро-
зионные покрытия (оцинкованные и др.). Свар-
ку в защити! \/ газах целесообразно применять
для соединения тонких металлов (0,1—1,5 мм).
Из всех видов дуговой сварки полуавтома-
тическая сварка в защитных газах имеет наи-
меньшую трудоемкость.
Углекислый газ. При нормальном
атмосферном давлении удельная плотность уг-
лекислого газа 0,00198 г/см3. При температуре
31 °C и давлении 75,3 кгс/см2 углекислый газ
сжижается. Температура сжижения газа при
атмосферном давлении —78,5°С. Хранят и
транспортируют углекислый газ в стальных
баллонах под давлением 60—70 кгс/см2. В стан-
дартный баллон емкостью 40 дм3 вмещается
25 кг жидкой углекислоты, которая при испаре-
нии дает 12 625 дм3 газа. Жидкая углекислота
занимает 60—80% объема баллона, остальной
объем заполнен испарившимся газом.
Жидкая углекислота способна растворять
воду; поэтому выделяющийся в баллоне угле-
кислый газ перед подачей в зону дуги должен
осушаться; концентрация его должна быть не
менее 99%. Если углекислый газ содержит вла-
гу, то неизбежна пористость шва.
Для сварки пользуются специально выпус-
каемой сварочной углекислотой; можно поль-
зоваться также пищевой углекислотой.
Пищевая углекислота содержит много влаги;
поэтому перед сваркой газ следует подвергать
сушке пропусканием через патрон, заполненный
обезвоженным медным купоросом или через
силикагелевый осушитель.
Сварочный углекислый газ (ГОСТ 8050—76)
отвечает следующим техническим требованиям:
для I сорта СО2 не менее 99,5%, II сорта — 99%,;
водяных паров для I сорта не более 0,18%, для
II сорта—0,51%.
При количестве сварочных постов более 20
целесообразно иметь централизованное пита-
ние их углекислым газом, подаваемым по тру-
бопроводу от рампы или от газификационной
установки. Сварочные посты рекомендуется
оборудовать электромагнитными клапанами,
позволяющими автоматически перед зажига-
нием дуги включать подачу газа и после гаше-
ния дуги — выключать газ. На каждом посту
должен быть расходомер (ротаметр).
Металлургические особенности сварки в уг-
лекислом газе и в смеси углекислого газа с дру-
гим газом. Под действием высокой температу-
ры дуги молекулы любого защитного газа рас-
падаются на атомы и ионы (СО2 -+ СО + О;
Н2 -♦ Н + Н; О2 -♦ О + О; N2 -♦ N + N;
СО - С + О).
В атомарном состоянии кислород, азот и
водород вступают в химическое соединение с
расплавленными элементами, находящимися в
сварочнОй проволоке и свариваемом металле.
В зоне сварки протекают следующие ре-
акции;
Fe + ОЯ FeO
(FeO) + С СО + Fe
2(FeO) + [Si] SiO2 + 2Fe
FeO + Mn Ji MnO + Fe
Образование газа CO приводит к образо-
ванию пор. Кроме того, поры при сварке в угле-
кислом газе могут быть следствием влаги,
ржавчины и влияния азота воздуха.
Для подавления СО. повышения количества
марганца и кремния, интенсивно выгорающих
из сварочной проволоки при сварке, применяют
электродную проволоку с повышенным содер-
жанием марганца и кремния (марки Св-08Г2С,
Св-08ГС и др.). При сварке низкоуглеродистых
сталей содержание в металле шва кремния бо-
лее 0,2 и марганца более 0,4% препятствует
образованию пор. На степень окисления ме-
талла и образования пор влияют технологиче:-
ские условия сварки (длина дуги, количество
подаваемого в дугу газа, род и полярность тока,
диаметр проволоки и плотность тока на элек-
троде). Сварка на постоянном токе обратной
полярности дает меньшее окисление и более вы-
сокое качество шва, чем на прямой полярности.
При сварке проволокой диаметром 0,3—1,2 мм,
выполняемой с высокими скоростями подачи
проволоки в дугу, происходит значительно
меньшее окисление элементов, чем при сварке
проволокой диаметром 1,6—2 мм с малыми
скоростями подачи проволоки.
Плотность тока на электроде при сварке в
углекислом газе должна быть не ниже 80 А/мм2.
При таком режиме потери на разбрызгивание
электродного металла не превышают 10—15%.
В институте электросварки им. Е. О. Патона
разработана сварочная проволока марки
Св-О8Г2СНМТ для сварки конструкционных
сталей, обладающая более высокими свойства-
ми, чем проволока Св-О8Г2С. Эта проволока
позволяет значительно снизить разбрызгива-
ние электродного металла по сравнению с
проволокой Св-О8Г2С и улучшает формирова-
ние сварных швов, поверхность которых полу-
чается гладкой, без чешуек.
При сварочном токе 400—420 А и более
(диаметр проволоки 2 мм, обратная поляр-
170
chipmaker.ru
нос1ь) происходит струйный перенос электрод-
ного металла. Проволокой Св-08Г2СНМТ мож-
но успешно производить сварку на ветру, с за-
зорами и в других условиях, при которых труд-
но избежать попадания воздуха в зону дуги.
Сварка этой проволокой позволяет также при-
менять форсированные режимы, без образова-
ния в швах пор.
Технология сварки СО2 и в смесях СО2 + Аг
или СО г + О2. При сварке в углекислом газе
основные типы сварных соединений и их кон-
структивные элементы выбираются по
ГОСТ 14771—76.
Ориентировочные режимы сварки низко-
углеродистых и низколегированных сталей в
углекислом газе приведены в табл. 58, 59.
58. Ориентировочные режимы сварки встык лчс.то_
в низколегированных сталей в углекислом газе
Источником питания дуги служит свароч-
ный выпрямитель или преобразователь с жест-
кой или возрастающей внешней характеристи-
кой. Сварка выполняется на обратной поляр-
ности.
Расстояние между мундштуком и изделием
(вылет проволоки) при токе 60—150 А и напря-
жении на дуге 22 В обычно берется 7—14 мм,
при токе 200—500 А и напряжении 30—32 В —
15—25 мм.
Металл толщиной 1,5—3 мм сваривают
стыковыми швами электродом на весу. Более
тонкий металл (0,8-—1,2 мм) сваривают на
медной или остающейся стальной подкладке.
При сварке в смеси газов 70% СО2 + 30% О2
улучшается формирование шва, брызги рас-
нз углеродистых
Толщина металла, мм Вид подготовки кромок Число слоев Диаметр проволоки, мм Сварочный ток, А Напряже- ние, В Скорость сварки, м/ч Расход газа, дм’/мии
0,6—1,0 Бесскосный, зазор 0—0,5 1 0,5—0,8 50—60 18 20—25 6—7
1,2—2,0 Бесскосный, зазор 0—0,5 1—2 0,8—1,0 70—110 18—20 18—24 10—12
4—6 Бесскосный, зазор 0—-1,0 1—2 1,6—2,0 160—200 26—28 20—22 14—16
6—8 Бесскосный односторон- ний, зазор 0—1,0 2 2 280—300 28—30 25—30 16—18
8—12 V-образный (60—70°), зазор 0—1,5, притупление 4—6 2—3 2 280—300 380—400 28—30 30—32 16—20 18—22 18—20 18—20
12—18 Х-образный (60—70°), зазор 0—2, притупление 4—6 2 2 380—400 30—32 16—20' 18—22
59. Ориентировочные режимы сварки втавр листов из углеродистых
в низколегированных сталей в углекислом газе
Толщина металла, мм Диаметр проволоки, мм Катет шва, мм Число слоев Сварочный ток, А Напряжение, В Скорость сварки, м/ч Расход газа, дм’/м
1,0 0,6 1,4 1 60 18 18—20 5—6
1,5—2,0 0,8 2,1—2,8 1 75 18—20 16—18 6—8
2,0—3,0 1,2 2,8—4,2 1 90—130 19—21 14—16 8—10
3,0—4,0 1,6 4,2—5,6 1 150—180 27—29 20—22 12—16
20 5,6 1—2 300—350 30—32 25—30 17—18
5 и более 2,0 7,0 3 . 300—350 30—32 25—30 17—18
2,0 7,0 4—5 300—350 30—32 25—30 17—18
171
chipmaker.ru
60. Режимы сварки < гали типа Х18Н9 в углекислом газе
Толщина металла, мм Диаметр проволоки, мм Сварочный ток, А Напряжение, В Скорость сварки, м/ч Вылет электрода, мм Расход газа, дм3/мин
1,0 0,5 30—40 17 30—45 6 6
1,5 0,8 40—80 17—18 30—40 6 6—7
2,0 0,8—1,2 100—140 18—20 25—40 6—9 6—8
. 3,0 1,2 140—160 19—21 20—35 9—10 8—9
плавленного электродного металла легче уда-
ляются с поверхности свариваемого изделия.
Однако сварка в смеси этих газов вызывает
более интенсивное, чем при сварке в углекислом
газе эыгорание легирующих элементов из ме-
талла шва и образование на поверхности шва
шлаковой корки.
Особенности сварки различных сталей. При
пользовании 100%-ным углекислым газом при
сварке можно правильно подобрать сварочную
проволоку, для того чтобы свойства сварных
соединений отвечали заданным требованиям.
Углеродистые и низколегированные стали сва-'
ривают кремнемарганцевой проволокой
Св-08Г2С, Св-08ГС, Св-12ГС. Низколегиро-
ванные стали, содержащие хром и никель, для
повышения коррозионной стойкости сваривают
проволокой Св-18ХГСА и Св-10ХГ2С. Низко-
легированные стали типа хромансиль (15ХГСА,
20ХГСА и др.) толщиной до 4 мм сваривают
проволокой Св-18ХСА, Св-18ХМА и
Св-ЮГСМТ. Для листов большей толщины
применяют проволоку Св-18ХЗГ2СМ и др. Низ-
колегированные теплоустойчивые молибдено-
вые и хромомолибденовые стали 12ХМ,
15ХМА, 20ХМ, 20ХМА сваривают проволокой
Св-08ХГ2СМА. Высоколегированные аустенит-
ные хромоникелевые нержавеющие стали типа
Х18Н9 сваривают в углекислом газе проволо-
кой Св-06Х19Н9Т и СВ-07Х18Н9ТЮ.
Режимы сварки приведены в табл. 60.
§ 109. Технология полуавтоматической сварки
порошковой и самозашитной проволокой
Техника сварки. Зажигать дугу следует при
вылете проволоки не больше 25 мм. В процессе
сварки вылет проволоки необходимо поддер-
живать постоянным; для этого длина дуги
должна быть по возможности постоянной, что
выполняется при правильном подборе режима
сварки и при внимательном наблюдении за
горением дуги, размерами сварочной ванны и за
формированием шва. Нельзя чрезмерно переги-
бать гибкий шланг (радиус кривизны изгиба
должен быть не менее 2U0 мм). При сварке сты-
ковых швов проволока подается перпендикуляр-
но направлению шва. При сварке тавровых
соединений дуга направляется на ванну, а угол
между полкой таврового соединения и проволо-
кой составляет 50—60°. Движения концом про-
волоки как вдоль, так и поперек шва должны
быть ритмичными. Схемы движений проволо-
кой при шланговой сварке аналогичны' схемам
движений при сварке покрытыми электродами.
Наряду с достоинствами сварка открытой
дугой порошковой проволокой имеет тот не-
достаток, что плотный беспористый наплав-
ленный металл удаётся получить в сравнитель-
но ограниченном диапазоне режимов сварки.
Основной причиной пористости при сварке
сталей порошковой проволокой является повы-
шенное содержание в наплавленном металле
азота и водорода воздуха. Эти газы при сварке
порошковой проволокой могут поглощаться
наплавленным металлом в большем количестве,
чем при сварке покрытыми электродами.
Для уменьшения количества азота в металле
шва следует1 уменьшать длину дуги и в то же
время производить сварку при повышенных
токах, с тем чтобы снижать поверхность сопри-
косновения воздуха, приходящуюся на единицу
массы расплавленного металла в определенный
промежуток времени.
Для уменьшения содержания водорода в
металле шва порошковую проволоку необхо-
димо прокаливать при соответствующей тем-
пературе и с определенной выдержкой времени.
Например, проволоку с сердечником рутило-
карбонатного типа рекомендуется прокаливать
при температуре 250°С в течение 1,0—1,5 ч.
Сваривать открытой дугой порошковой про-
волокой можно также и с увеличенным вылетом
электрода. При этом происходит дополнитель-
ный подогрев проволоки и удаление влаги,
оставшейся после первичной прокалки (в про-;
172
chipmaker.ru
цессе изготовления проволоки), из технологи-
ческой смазки и частично из шихты. Подогрев
сварочной проволоки приводит также и к уйе-
лйчению производительности процесса.
Однако следует учитывать, что при увели-
ченном вылете электрода увеличивается и ин-
тенсивность окисления проволоки. Изменяя вы-
лет электрода, можно в определенных пределах
регулировать содержание азота, водорода и
различных окислов.
Режимы сварки низкоуглеродистой стали
порошковой проволокой, например, марки
ПП-2ДСК диаметром 2,1 мм следующие:
Толщина листа, мм . 4 10 50
Число проходов . . 1 2—3 10
Сварочный ток, А . . 180—200 450—500 600
Скорость подачи про-
волоки, м/ч....... 140 475 500
В настоящее время находят практическое
применение самозащитная проволока
Св-20ГСГЮА с церием и Св-15ГСТЮЦА с цир-
конием (ГОСТ 2246—70). Первая пригодна для
сварки арматуры железобетона из углеродистой
стали во всех пространственных положениях,
кроме потолочного, на постоянном токе обрат-
ной полярности. Проволока Св-15ГСТЮЦА ре-
комендуется для сварки конструкций из низко-
углеродистых и марганцовистых сталей во всех
пространственных положениях на постоянном
токе прямой полярности. Качество металла
шва при сварке этими проволоками соответст-
вует качеству шва, выполненного электродами
типа Э42 и Э50.
Режимы сварки углеродистых сталей само-
защитной проволокой следующие:
Диаметр Положение Толщина Сварочный
проволоки, шва металла, ток, А
мм мм
1,0 Нижнее 2—3 80—120
1,6 » 7—16 140—200
2,0 » 10—16 160—200
Для питания дуги при сварке порошковой
и самозапштной проволоками пользуются сва-
рочными преобразователями и сварочными вы-
прямителями с жесткой внешней характерис-
тикой.
Напряжение.
В
20—22
22—25
§ ПО. Ручная и полуавтоматическая сварка
арматурной стали в строительстве
Арматура является ответственной составной
частью железобетона. Соединение стержней ар-
Рис. 141- Формирующие подкладки при сварке арма-
турных стержней:
а__ст>1К горизонтальных стержней, 6 — стык вер-
тикальЯ™ стержней
матурт1’ как правило, выполняется контактной
и дугов°й сваркой*.
В монтажных условиях строительства рас-
пространены дуговая сварка шланговыми полу-
автоматами и ручная сварка покрытыми элек-
тродами- Арматурные стержни диаметром до
20 мм соединяются с накладками. Стержни диа-
метров1 более 20 мм соединяются встык, чаше
всего ранной сваркой. При ванной сварке обра-
зуется жидкая ванна металла, удерживаемая в
зазоре стыка формирующей подкладкой в виде
желобЯ (Рис- 141). Существенной особенностью
ванной сварки является то, что расплавление
кромоЯ стержней происходит за счет тепла
жидкой ванны, а не под непосредственным воз-
действием дуги. При ванной сварке нижние слои
ванны постепенно затвердевают, а верхние (на
глубийУ до 15 мм) в течение всего процесса ос-
таются в жидком состоянии. Процесс сварки
ведетсЯ при повышенных токах. Для электро-
дов диаметром 6 мм величина сварочного тока
* )Для соединения арматурных стержней боль-
ших диаметров (более 30 мм) применяется также
длектрршлаковая сварка.
173
chipmaker.ru
равна 450 А вместо 320 А при обычной сварке
листов. При сварке арматуры на морозе ток
увеличивают на 10°^.
Величина зазора между арматурными стерж-
нями подбираете/ так, чтобы электрод или
проволока могли свободно пройти до нижней
границы стыка. Обычно зазор составляет не
менее 1,5—2 диаметров электрода или свароч-
ной проволоки.
Наиболее распространенными дефектами
ванной сварки являются непровар в зоне сплав-
ления и зашлакование в нижней части в корне
шва.
Ванная сварка классифицируется по схеме
питания дуги — однофазная и трехфазная; сте-
пени механизации — ручная и полуавтоматиче-
ская; способу защиты металла шва — полуавто-
матическая самозащитной проволокой, в угле- •
кислом газе, порошковой проволокой в угле-
кислом газе, ручная покрытыми электродами;
типу формирующей подкладки — с остающей-
ся стальной подкладкой, удаляемой медной,
чугунной;, ррафнховяй;.
Высокое качество (прочность) стыков полу-
чается при ванной сварке с медной удаляемой
подкладкой. Применяемые медные формы име-
ют высокую оборачиваемость: при сварке вер-
тикальных стыков — до 100 стыков на одну
форму (штампованную или механически обра-
ботанную), при сварке горизонтальных сты-
ков — до 50—60 стыков.
Вертикальная сварка арматурных стержней
выполняется с накладками, ванной и многослой-
ной сваркой.
Многослойная сварка вертикального арма-
турного стыка производится на пониженном
(по сравнению с ванной) токе. При этом рас-
плавленный металл не стекает вниз, что позво-
ляет выполнять стыковой шов слоями, без
обрыва дуги. Для электродов диаметром 5—
6 мм сварочный ток при многослойной сварке
составляет 175—210 А (постоянный ток — об-
ратней полярности) и 200—300 А (переменный
ток). При таком режиме отпадает необходи-
мость в формовке шва. Однако для лучшего
провара в корне шва целесообразно применять
временную или остающуюся подкладку.
Техника ванной сварки покрытыми элек-
тродами стержней в горизонтальном положе-
нии аналогична ванной сварке шланговым полу-
автоматом порошковой проволокой.
При ванной сварке горизонтального стыка
арматурных стержней шланговым полуавтома-
том порошковой проволокой марки ПП-АНЗ
диаметром 3 мм кромки арматурных стержней
скашиваются под углом 30°. Зазор между стерж-
нями устанавливается от 6 до 16 мм. Режим
ванной сварки порошковой проволокой
ПП-АНЗ: скорость подачи проволоки — 280 м/ч,
сварочный ток 400—450 А, напряжение дуги
28—ЗОВ . Дуга зажигается в нижней части стыка
на поверхности медной формы или одного из
скошенных стержней. Электродной проволоке
сообщается возвратно-поступательное движе-
ние вдоль свариваемых кромок. По мере за-
полнения разделки наплав ленным, металлом'
процесс сварки 2—3 раза прерывается на 4—5 с
Это необходимо для того, чтобы предотвра-
тить образование большой усадочной ракови-
ны. Заканчивается процесс сварки образованием
усиления шва высотой 2—4 мм; при этом на
последней- стадии снарки порошковой, проволо-
ке прЯДается движение по спирали. Дуга обры-
вается в центральной части сварочной ванны.
Сварка вертикальных арматурных стержней
отливается тем, что процесс сварки начинается
на торне нижнего стержня при несколько боль-
шем вылете проволоки (60—70 мм), который
постепенно сводится к нормальному, равному
25—30 мм.
Полуавтоматическая ванная сварка стерж-
ней арматуры порошковой проволокой в 3—
4 раз» производительней ручной сварки штуч-
ными электродами; она дает значительную эко-
номик» электродного металла за счет умень-
шения поперечног сечения шва.
Контрольные вопросы
I. Назовите основные части шлангового полу-
автомата.
2. Что такое двухрежимиый шланговый полуав-
томат?
3. Какие газы применяют при шланговой сварке?
4. Какая проволока называется самозащитной?
5. Расскажите о сущности процесса ванной сварки
арматурной стали.
chipmaker.ru
ГЛАВА
XXIII
ОБОРУДОВАНИЕ
И ТЕХНОЛОГИЯ РУЧНОЙ
СВАРКИ ВОЛЬФРАМОВЫМ
ЭЛЕКТРОДОМ В ИНЕРТНЫХ
ГАЗАХ Ш
Chiamaker.ru
§ 111. Сушюсть сварки в инертных газах
В инертных газах — аргоне, гелии и их сме-
сях — сваривают нержавеющие стали, алюми-
йийи его сплавы, титан, никель, медь и их спла-
вы. Для сварки меди используют также азот,
являющийся по отношению к ней инертным га-
зом.
Сварка в инертных газах выполняется как
неплавящимся, так и плавящимся электродом.
Инертные газы не растворяются в металле
сварочной ванны и не вступают в химическое
взаимодействие с расплавленным металлом и
его окислами, они лишь обеспечивают защиту
дуги и расплавленного металла от газов окру-
жающего воздуха.
Сварка в инертных газах применяется в тех
случаях, когда другие сварочные процессы не
могут дать достаточно высокое качество свар-
ных соединений.
§ 112. Применяемые газы и электроды
Защитные газы. Аргон поставляется по
ГОСТ 10157—73 (сорта высший, 1-й, 2-й) сле-
дующего состава ("/):
Сорт высший 1-й 2-й
Аргон, не менее . . 99,99 99,98 99,95
Кислород, не более 0,001 0,003 0,005
Азот, не более . . 0,008 0,01 0,04
Влага при нормаль- ном давлении, г/м3, не более . ... 0,01 0,03 0,03
Гелий выпускается по МРТУ 51-04-23—64
(марки I и II) состава (°/):
Марка Гелий Азот
I 98,6—99,7 0,3—0,4
II 98,5—99.5 0.5—1.5
Аргон и гелий поставляются в баллонах
под давлением 150 кгс/см2. Баллон для аргона
окрашен в серый цвет и имеет в верхней части
черную надпись «Аргон чистый» Баллон для
гелия окрашен в коричневый цвет; баллон с
гелием марки I надписи не имеет, с гелием мар-
ки II имеет белую надпись «Гелий».
Расход аргона при сварке зависит от диа-
метра электрода и обычно составляет от 120
до 600 дм3/ч. Расход гелия на 30—40°/ больше,
чем аргона.
Поставка инертного газа может произво-
диться в смеси с кислородом, азотом, водоро-
дом и другими газами.
Электроды. В качестве неплавящихся элек-
тродов применяют вольфрамовые, реже уголь-
ные или графитизированные. Вольфрамовые
прутки для электродов марки ЭВ4 выпускаются
Рис. 14Х Схема сварки в инертных газах:
а — неплавящимся электродом на постоянном токе
прямой полярности, б — то же, на переменном токе,
в — плавящимся электродом на постоянном токе
обратной полярности; 1 — сварочный преобразо-
ватель, 2 — амперметр, 3 — вольтметр, 4 — балласт-
ный реостат, 5 — наконечник горелки, б — вольфра-
мовый электрод, 7 — редуктор-расходомер для
инертного газа, 8 — баллон с аргоном (гелием),
9 — сварочный трансформатор, 10 — осциллятор,
11 — механизм подачи проволоки, 12 — плавящаяся
сварочная проволока, 13 — контактор, 14 — катуш-
ка с проволокой
175
chipmaker.ru
диаметром от 0,2 до 12 мм. Более стойки прут-
ки из вольфрама с добавкой окиси тория (мар-
ки ЭВТ-5, ЭВТ-10, ЭВТ-15 по ТУ МРТП
НИО-021-612), окиси лантана (марки ЭВЛ-20
и ЭВЛ-10) или окиси иттрия (марки ЭВИ-30).
Цифры в обозначении марки вольфрамового
электрода указывают количество основной при-
садки в десятых долях процента. Лантаниро-
ванные электроды допускают несколько пони-
женные режимы сварки и менее токсичны, чем
торированные.
Расход вольфрамовых электродов при сва-
рочном токе 300 А и работе на прямей поляр-
ности составляет примерно 0,5 г/м шва.
§ ИЗ. Аппаратура для ручной сварки
неплавящимся вольфрамовым электродом
Схемы сварки на постоянном и переменном
токе в инертных газах показаны на рис. 142.
В СССР выпускается большое количество
универсальных и специализированных устано-
вок для сварки неплавящимся электродом.
Установки постоянного тока (УДГ-101
и УПСР-300) предназначены для сварки изде-
лий из нержавеющей стали, меди, латуни, ти-
тана и других цветных металлов и специаль-
ных сплавов (кроме алюминия и его сплавов)
в аргоне или гелии.
Установки переменного тока (типа УДАР,
УДГ-301 и УДГ-501) предназначены для сварки
алюминия и его сплавов.
На установке УДГ-101 свариваются изделия
малых толщин — от 0,2 до 2,5 мм при номи-
нальном токе 50 А и напряжении холостого
хода 65 В. Установка состоит из шкафа и пуль-
та управления и ручной горелки для сварки
вольфрамовыми электродами диаметром от
0,4 до 2 мм.
Установка УПСР-300 предназначена для
ручной плазменной сварки. Номинальный сва-
рочный ток — 300 А, напряжение холостого
хода — 85 В, пределы регулирования тока от
50 до 300 А. Установка состоит из источника
питания — выпрямителя !ВД-303, пульта управ-
ления и сварочной водоохлаждаемой плазмен-
ной горелки.
Для сварки на переменном токе выпуска-
ются установки УДАР-300, УДАР-300-1,
УДАР-300-2 на номинальный тск 300 А и уста-
новки УДАР-500 и УДАР-500-1 на номиналь-
ный ток 500 А. Установка типа УДАР состоит из
сварочного трансформатора, дросселя насыще-
ния, шкафа управления и сварочной горелки.
Напряжение холостого хода трансформато-
ров — 60 В для УДАР-300 и 65 В для
УДАР-500.
Установки УДГ-301 и УДГ-501 имеют транс-
форматоры с подмагничиваемыми шунтами
(ТРПШ-300 и ТРПШ-500). Установки снабжа-
ются водоохлаждаемыми горелками для элек-
тродов от 0,8 до 4 мм на токи до 200 А, от 3 до
6 мм — на токи 400 А и от 5 до 10 мм — на токи
500 А.
Рис. 143. Горелка для ручной аргоиодуговой сварки вольфрамовым электродом:
1 — вольфрамовый электрод, 2 — головка горелки, 3 — трубки, 4 — маховичок для регулирования расхода
аргона, 5 — вентиль, б— гибкий кабель, 7 — ниппель, 8 — корпус, 9— цанга, 10— сопло, 11— щиток'
176
chipmaker.ru
Горелка для ручной аргонодуговой сварки
вольфрамовым электродом представлена на
рис. 143.
§ 114. Технология сварки
вольфрамовым электродом
кварка тонколистовой нержавеющей и жаро-
прочной аустенитной стали. Конструктивные
элементы швов предусматриваются ГОСТ
14771—76. Перед сваркой поверхность свари-
ваемых кромок зачищают до блеска стальной
щеткой, а затем промывают растворителем
(дихлорэтаном,- ацетоном, авиабензином) для
удаления жира (следы жира вызывают поры
в шве и снижают устойчивость дуги). Перед
сваркой детали скрепляют прихватками через
50—75 мм.
Техника сварки тонких листов нержавеющей
стали неплавящимся или плавящимся электро-
дом аналогична технике сварки тонких листов
из низкоуглеродистой стали. Сварку ведут спра-
ва налево. Поперечные движения прутком и
электродом не допускаются во избежание окис-
ления металла шва.
Сталь толщиной более 3 мм сваривают пла-
вящимся ' электродом (проволокой из нержа-
веющей стали) на постоянном токе обратной
полярности.
Ориентировочные режимы ручной сварки
вольфрамовым электродом тонкой нержавею-
щей стали в аргоне приведены в табл. 61.
61. Ориентировочные режимы ручной сварки вольфрамовым электродом нержавеющей
и жаропрочной аустенитной стали в аргоне (стыковые соединения)
Толщина свариваемого листа, мм Диаметр электрода и присадочной проволоки, мм Род тока Сварочный ток, А Напряркение, В Скорость , сварки, см/мин Расход аргона, ДМ3/мИН
1.0 2/1,6 Переменный 35—75 12—16 15—33 2,5—3,0
1.0 2/1,6 Постоянный прямой полярности 30—60 11—15 12—28 2,5—3,0
1,5 2/1,6 Переменный 45—85 12-46 14—31 2,5—3,0
1,5 2/1,6 Постоянный прямой полярности 40—75 11—15 9—19 2,5—3,0
4,0 4/2,5 То же 85—130 12—15 — 10,0
Обратную сторону шва защищают от воз-
духа поддувом аргона.
Сварка алюминиевых сплавов. Подготовка
кромок деталей под сварку аналогична подго-
товке листов из нержавеющих сталей. Кромки
деталей из алюминиевых сплавов можно очи-
щать травлением в растворе хромовой кисло-
ты. Перед травлением кромки обезжиривают
растворителем или теплым раствором каус-
тика. Затем промывают горячей водой и тща-
тельно протирают. Сварка должна произво-
диться не позже, чем через 2—3 ч после трав-
ления, иначе она вновь покроется окислом.
При ручной сварке деталей толщиной до
5 мм скос кромок не делается.
Ориентировочные режимы сварки алюми-
ниевых сплавов вольфрамовым электродом в
аргоне приведены в табл. 62.
Алюминий жадно поглощает водород, по-
этому содержание влаги в аргоне не должно
быть больше допускаемого.
Присадочным материалом служит, как пра-
вило, проволока того же состава, что и основ-
ной металл. Для формирования валика с об-
ратной стороны шва в подкладке из нержа-
веющей стали делается канавка. Сварка произ-
водится без поперечных колебательных движе-
ний электродом и прутком.
Чтобы избежать перегрева кромок алюми-
ния, сварку выполняют на больших скоростях
за один проход дуги.
В институте электросварки им. Е. О. Патона
разработан флюс, имеющий вид карандаша;
этот флюс предварительно наносят на свари-
ваемые кромки. Содержащиеся во флюсе фто-
риды и окислы способствуют уменьшению диа-
метра столба дуги и тем самым повышению
его температуры; благодаря этому глубина
проплавления возрастает и сварка ведется с
повышенными скоростями и с меньшим пере-
гревом металла. Особенно высокое качество
сварных соединений можно получить при двух-
|77
chipmaker.ru
62. Ориентировочные режимы сварки алюминиевых сплавов вольфрамовым электродом на переменном токе
Марка сплавов Толщина металла мм Диаметр вольфрамо- вого электрода, мм Встык без присадочной проволоки Встык с присадочной проволокой
Аргон Гелий Аргон Гелий
Свароч- ный ток, А Расход газа, дм3/мин Свароч- ный ток, А Расход газа, дм3/мин Свароч- ный ток, А Расход газа, дм3/мин Свароч- ный ток, А Расход газа, дм’/мин
АД 1 1,5—2,0 50—65 40—45 5—7 65—85 д 5 45—55 5—7
AM 2 3,0 90—110 7—8 60—70 8—10 90—110 7—8 60—70 8—10
AM 3 3,0—4,0 110—120 8—9 70—80 Ю—12 100—120 8—9 70—80 10—12
АМгбТ 3 4,0 — — — — 170—200 8—9 100—150 10—12
Примечание. Напряжение дуги при сварке в аргоне — 10-—15 В, то же в гелии — 12—16 В, длина дуги
1,5—3 мм.
63. Ориентировочные режимы ручной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом
стыковых соединений титановых сплавов с присадочным материалом
Толщина металла, мм Разделка кромок Сварочный ток, А Напряже- ние, В Диаметр электрода, мм Диаметр присадочной проволоки, мм Расход аргона, дм’/мии
для защиты дуги для защиты обратной стороны шва
0,8 Без разделки 30—50 12—15 1,0 0,8—2,0 • 8—12 3 4
1,0 То же 40—60 12—15 1,0—1,5 1—2 8—12 3—4
1,5 » 60—80 14—16 1,5 1—2 8—12 3—4
2,0 » 90—100 14—16 1,5—2,0 2,0 10—12 3—4
2,5 » 110—120 14—16 2,0 2,5—3,0 10—12 3—4
3,0 » 120—140 14—16 2,0 2,5—3,0 12—14 3—4
4,0 V-образный, 60° 120—130 14—16 2,0 2,5—3,0 12—14 3—4
64. Ориентировочные режимы ручной аргонодуговой сварки
вольфрамовым электродом титана марок ВТ1-0, ВТ1-00, ОТ4-0, ОТ4-1
Толщина металла, мм Диаметр электрода, мм Диаметр присадочной проволоки, мм Сварочный ток, А Расход аргона, дм3/мин
для защиты дуги для защиты обратной стороны шва
0,5—1 1,5—2,0 1,0—1,5 25—60 8—10 2—3
2 2,0—2,5 1,5—2,0 80—100 8—10 2—4
4 2,5—3,0 1,5—3,0 120—160 12—16 2—4
8 2,5—3,0 2,0—3,0 160—180 12—16 2—4
12 3,0—4,0 2,0—4,0 180—220 12—16 2—4
Примечание. Напряжение дуги при толщине 0,5—1,0 мм — 8—10 В; при толщине 4—20 мм — 10—16 В.
слойной или трехслойной аргонодуговой свар-
ке вольфрамовым электродом с применением
флюсов в виде паст.
Сварка титана. В качестве защитного газа
применяют аргон А или гелий. Газ обязатель-
но подается также на оиратную сторону шва
и на все участки металла, нагретые более чем
на 400°С.
Аргонодуговая сварка титана и его сплавов
вольфрамовым электродом производится на
постоянном токе с использованием оборудова-
ния, применяемого для сварки сталей.'
При аргонодуговой сварке вольфрамовым
электродом титан и его сплавы обладают ма-
лой склонностью к образованию горячих тре-
щин. В некоторых случаях наблюдаются холод-
178
chipmaker.ru
ные трещины в сварных соединениях; они воз-
никают спустя некоторое время после сварки —
от нескольких часов до нескольких месяцев.
При сварке втавр и внахлестку защита арго-
. ном производится со всех сторон соединения.
Наиболее надежная защита сварного соеди-
нения достигается при сварке деталей в герме-
тичных камерах, заполненных аргоном.
Для сварки листов малой толщины (до
2,5 мм) в качестве присадочного материала при-
меняют технический титан марки ВТ1. При
больших толщинах и при сварке титановых
сплавов, имеющих временное сопротивление
более 90 кгс/мм1 2, применяют присадочный
материал, по составу приближающийся к ос-
новному металлу, или легированный алюми-
нием (марки ВТ5) и другими элементами.
Признаком удовлетворительного качества
сварки можно считать отсутствие цветов побе-
жалости на поверхности шва. Темные цвета
побежалости вплоть до синего свидетельствуют
о недостаточной защите металла при сварке.
Сварные соединения, выполненные ручной
аргонодуговой сваркой, необходимо подвер-
гать термической обработке (отжигу) для пре-
дотвращения трещин, которые могут появить-
ся с течением времени.
Температура отжига сварных деталей из
титана ВТ1, ОТ4-1 — 550—600°; из титана
марок ВТ5, ВТ5-1, ОТ4, ВТ4, ОТ4-2 — 600—
650°C. Выдержка при отжиге — 20—40 мин,
охлаждение — на воздухе.
Аргонодуговая сварка вольфрамовым элек-
тродом применяется для металла толщиной от
0,5 до 10 мм; металл толщиной до 3 мм свари-
вается встык без присадочного материала.
Режимы ручной аргонодуговой сварки воль-
фрамовым электродом титановых сплавов при-
ведены в табл. 63, 64.
Сварка меди вольфрамовым электро-
дом может выполняться в азоте, являющемся
инертным газом для меди.
65. Режимы аргоиодуговой сварки бронзы
Толщи- на, мм Сварочный ток, А Напряже- ние, В Скорость сварки, м/ч Расход аргона мар- “В. ДМ3/ 4И1
1,4 120—130 20—22 28—30 6—8
1,8 150—160 18—20 24—26 8—10
2,5 180—200 16—18 20—22 10—12
Примечание. Диаметр вольфрамового элек-
трода 3,5 мм. Швы выполняют встык на медной под-
кладке без зазора. Ток постоянный прямой полярности.
Для сварки бронзы азот не применя-
ют; защитным газом в этом случае может быть
только аргон.
Режимы аргонодуговой сварки бронзы
Бр. ОЦС-4-4-2,5 приведены в табл. 65.
Сварка в защитных инертных газах всех
металлов и их сплавов наилучшие результаты
дает при использовании источников питания ду-
ги импульсным током, описанных в гл. XXI.
Импульснодуговая сварка обеспечивает направ-
ленный перенос электродного металла во всех
пространственных положениях. Она обеспечи-
вает хорошее качество соединений листов раз-
личной толщины, в том числе менее 1 мм.
При импульсной сварке капля с конца пла-
вящейся проволоки отрывается во время про-
хождения импульса и восстанавливается после
него. Этот процесс последовательно повторя-
ется, в результате чего, создается струйный пере-
нос электродного металла с постоянной час-
тотой и постоянными размерами мелких капель
при среднем значении тока ниже обычного.
Преимущество импульсной сварки вольфра-
мовым электродрм выражается в повышенной
стабильности горения дуги, а также в постоян-
стве качества металла шва по всей его длине,
что объясняется постоянством времени нахож-
дения каждой капли на конце электрода.
В результате постоянства тепловложения
при импульсной сварке величина проплавления
строго постоянна и изменяется, например, в
пределах всего 0,25 мм при сварке листов тол-
щиной 6,35 мм. При импульсной сварке отсут-
ствует разбрызгивание металла.
Большие возможности Импульсная свар-
ка предоставляет при выполнении работ во
всех пространственных положениях.
При обычной сварке в защитных газах ко-
роткой дугой для уменьшения сварочной ванны
ток снижают до минимума, что иногда приво-
дит к непроварам. Импульсная сварка допу-
скает значительно большее тепловложение, чем
сварка с короткими замыканиями, и в резуль-
тате этого непровар исключен.
Контрольные вопросы
1. Какие газы применяют при сварке неплавящимся
электродом?
2. Расскажите о сварке алюминиевого сплава вольф-
рамовым электродом.
3. В чем заключаются преимущества импульсной
сварки вольфрамовым электродом перса обыч-
ной дуговой сваркой?
chipmaker.ru
ГЛАВА XXIV
ОСОБЕННОСТИ РУЧНОЙ
И ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ
ДУГОВОЙ СВАРКИ РАЗЛИЧНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
Chlpmaker.ru
Ручную и полуавтоматическую дуговую
сварку целесообразно применять как в серий-
ном, так и единичном производстве изделий с
короткими, криволинейными и труднодоступ-
ными швами.
Такие швы свойственны прежде всего решет-
чатым конструкциям (фермы, рис. 144), сопря-
жениям балок между ссбой (рис. 145), балок со
стойками (рис. 146), конструкциям баз под ко-
лонны (рис. 147), арматурным сеткам, конструк-
циям сварных рам, корпусов редукторов, плит,
узлов гидротурбин, сварных шестерен, шкивов
и др.
Эти узлы и изделия изготовляются в основ-
ном из фасонного проката — уголка, швеллера,
двутавра, а также штампованных элементов,
сопряжения которых выполняются короткими
швами. Это относится особенно к пространст-
венным конструкциям (рамы, мачты, стрелы
экскаваторов, радиобашни, опоры линий элек-
тропередачи и др.).
§ 115. Решетчатые конструкции
Фермы и другие решетчатые конструкции
изготовляют из металла толщиной до 10 мм;
суммарная толщина редко превышает 40—60 мм.
Длина швов обычно сравнительно мала, не
более 200—400 мм; швы различным образом
ориентированы в пространстве. Поэтому сварка
таких конструкций выполняется обычно шлан-
говым полуавтоматом в защитном газе, по-
рошковой или самозащитной проволокой или
вручную штучными электродами.
Применять автоматическую сварку при из-
готовлении решетчатых конструкций неэконо-
мично, независимо от типа производства (мас-
совое, серийное, единичное). В серийном про-
изводстве решетчатых конструкций целесооб-
разно применение сварки давлением (точечной),
которая экономичнее сварки плавлением.
Стержни решетки, например, из уголков
собирают с другими элементами обваркой по
контуру, иногда фланговыми или лобовыми
швамй...При сварке только фланговыми швами
требуемые площади швов распределяются по
обушку и перу уголка обратно пропорциональ-
но их расстояниям до оси стержня. Не рекомен-
дуется применять прерывистые швы, а также
швы с катетом менее 5 мм и длиной менее 60 мм.
Концы фланговых швов выводят на торцы при-
вариваемого элемента на длину 30 мм (рис. 148),
что гарантирует прочность сварных соединений.
Рис. 144. Узлы стропильной фермы
180
chipmaker.ru
Рве. 145. Схемы сопряжения элементов различного
профиля
Рис. 146. Сопряжение балок со стойкой переменного
сечения
Рис. 147. Швы при изготовлении базы под колонну
В первую очередь следует выполнять стыковые
швы, а затем уже угловые (рис. 149). Так как
усадка металла максимальна в стыковых сое-
динениях и минимальна в угловых, то при ука-
занном порадке наложения швов в сварном узле
будет менее напряженный металл.
Близко расположенные друг к другу швы не
следует выполнять сразу; надо охладить тот
участок основного металла, на котором будет
выполняться второй, близко расположенный
шов (рис. 148). Это необходимо предусматри-
вать для того, чтобы уменьшать перегрев ме-
талла и величину зоны пластических деформа-
ций от сварки; в результате этого работоспо-
собность сварного узла Возрастет.
Рис. 148. Порядок выполнения флангового (продоль-
ного) шва:
1—4 — последовательность сварки
181
chipmaker.ru
Рис. 149. Последовательность выполнения швов:
•7 — стыковые, 2 — угловые
Собирают и сваривают фермы по разметке,
'по копиру и в кондукторах, на стендах и стел-
лажах, обеспечивающих точность геометриче-
'ских размеров и пересечения осей соединяемых
элементов в одной точке — центр тяжести се-
чения данного узла (см. рис. 144).
Узлы фермы сваривают последовательно от
середины к опорам, находящимся в более подат-
1 ливом состоянии, чем середина фермы, в этом
случае напряжения металла в узлах фермы будут
минимальными. При наличии швов различного
сечения вначале накладывают швы с большим
сечением, а затем—с меньшим.
В решетчатых конструкциях каждый эле-
мент прихватывается с двух сторон швами дли-
ной не менее 30—40 мм с катетом шва не менее
5 мм (не более 2/з будущего шва) в местах рас-
положения сварных швов. Сборочные прихват-
ки выполняются сварочными материалами тех
же марок, какие используются при сварке кон-
струкций. Это необходимо для создания в
металле шва определенного постоянного на-
пряженного состояния за счет однородного
металла.
§ 116. Балочные конструкции
Балки широко применяют в конструкциях
гражданских и промышленных зданий, в мо-
стах, эстакадах, гидротехнических и других
сооружениях.
Балки со сплошным сечением стенки изго-
товляют из листового металла. Применяют в
основном балки двутаврового сечения, реже —
коробчатого.
В условиях единичного производства балки
собирают по разметке и сваривают вручную
покрытыми электродами или полуавтоматами.
При массовом и серийном производстве сборку
производят в кондукторах, а сварку ведут авто-
матами под флюсом или для швов катетом
4—6 мм — в защитном газе.
Ручную или полуавтоматическую дуговую
сварку применяют в балках также и при уста-
новке ребер жесткости. Неудобства при выпол-
нении этой операции не позволяют применить
автоматическую сварку.
Удлинение балок соединением встык корот-
ких секций производится ручной дуговой свар-
ке® покрытыми электродами. В массовом про-
изводстве на этой операции возможна также и
автоматическая дуговая сварка.
При монтаже балок в первую очередь сва-
ривают стыковые, а затем угловые швы. Поря-
док сварки монтажных стыков прокатных балок
показан на рис. 150, а. Сначала стыковые швы
выполняют на толстом металле, а затем на
тонком. Обычно полки двутавровых балок тол-
ще стенки. Поэтому для обеспечения минималь-
ных напряжений в металле стыка следует снача-
ла накладывать стыковые швы в полках и в по-
следнюю очередь стыковой шов в стенке.
Сварные балки на монтаже соединяют с сов-
мещенным (рис. 150, б) или со смещенным
(рис. 150, в) стыком.
Рис. 150. Порядок сварки монтажных стыков балок:
а — прокатных, б и в — сварных; 1—4 — последова-
тельность выполнения сварки
182
chipmaker.ru
Последовательность сварки в этих случаях
аналогична последовательности сварки встык
прокатных балок; в первую очередь выполняют
стыковой шов полки с увеличенной толщиной
(если двутавр с различными толщинами полок),
затем накладывается второй стыковой шов вто-
рой полки, третьим швом сваривается стык
стенки (самый тонкий в двутавре) и четвертым—
угловые поясные швы (рис. 150). Продольные
швы обычно не доводят до концов балки на ве-
личину, равную одной ширине попки (из низко-
углеродистой стали) или двум (из легированной
стали). В этих случаях деформирование и напря-
жение металла в стыковых соединениях полок
и всего стыкового соединения балки будет рав-
номерным и минимальным. Угловые швы в
монтажном стыке выполняются в последнюю
очередь. При этом желательно, чтобы угловые
швы накладывались одновременно двумя свар-
щиками — от концов к середине шва.
Ребра жесткости можно приваривать как к
стенке, так и к полке балки в любой последова-
тельности после предварительной их прихват-
ки. Прихватки размещаются в местах располо-
жения сварных швов. Высота прихваток долж-
на быть не более 2/з высоты шва, чтобы при по-
следующей сварке они были перекрыты швом,
и не менее 4—6 мм для прихватываемых ребер
жесткости толщиной 6 мм и более. Длина каж-
дой прихватки должна быть равна 4—5 толщи-
нам прихватываемых элементов, но не менее
30 1у1м и не более 100 мм, а расстояние между
прихватками — в 30—40 раз больше толщины
свариваемого металла.
16037—70 для стальных трубопроводов и ГОСТ
16038—70 для медных и медно-никелевых.
Допускаемое смещение кромок концов сталь-
ных труб при сборке встык под сварку состав-
вляет:
Толщина стен-
ки, мм . . 3—4 5—6 7—8 9—14 15 и
более
Смещение, мм,
не более . . 1 1,5 2 2,5 3
Согласно ГОСТ 16037—70 для сварки сталь-
ных труб применяют следующую подготовку
кромок:
под углом 30 ±3°
Толщина стенки, мм
2=3
3—8
Ручная Газовая
дуговая
Толщина стенки трубы, мм,
бе'3~- скоса............. 2—4 1—3
С односторонним скосом
. . . 3—20 4—7
Зазор между кромками, мм
— 0,5
0,5 1,0
1 —
2 —
Электроды для сварки труб должны обеспе-
чивать наплавленный металл с временным со-
противлением и пределом текучести не менее
нижнего нормативного предела у основного
металла, а показатели пластичности металла
шва для трубопроводов горячей воды и пара по
правилам Госгортехнадзора должны отвечать
следующим минимальным нормам:
§ 117. Трубные конструкции
Трубы изготавливают сварными и цельно-
тянутыми. Сварные трубы изготавливают раз-
личных диаметров и толщины стенки с помощью
контактной, индукционно-прессовой и дуговой
сварки как на переменном, так и на постоянном
токе.
Трубопроводы, свариваемые встык из труб,
используют для подачи жидкостей и газа. Они
.работают при различных, давлениях и темпера-
турах нагрева. Если рабочее давление в трубо-
проводах менее '1,7 кгс/см2, то на них не распро-
страняются правила Госгортехнадзора. Стыки
трубопроводов на давление свыше 0,7 кгс/см2
выполняются только аттестованными для этой
работы сварщиками.
Основные типы и конструктивные элементы
швов сварных соединений установлены ГОСТ
Угол загиба для
дуговой и газовой
сварки, град
Углеродистая сталь ................ 120
Молибденовая................... 60—80
Хромомолибденовая и хромована-
диевомолибденовая ............ 40—50
Аустенитная сталь.................. 100
Ударная вязкость,
кгс- м/см2
Для всех сталей, кроме аустенитного .
класса .............................. 5
Аустенитная сталь...................... 7
Сварные стыки труб подвергаются различ-
ным видам контроля качества и обязательно
выборочному просвечиванию в количестве 5—
10% (первая проверка) и 10—25% (вторая про-
верка) от числа стыков, сваренных каждым
сварщиком.
183
chipmaker.ru
Обязательному металлографическому конт-
ролю подлежат стыки трубопроводов I и II
хатегорий для перегретого пара и горячей воды.
КI категории относятся трубопроводы перегре-
того пара с давлением выше 40 кгс/см2 и тем-
пературой выше 350°C и горячей воды с темпе-
ратурой выше 184°С; ко II категории — трубо-
провод я перегретого пара с давлением др
39 кгс/см2 и температурой до 350°С и горячей
воды с температурой от 80 до 184°С. Для труб
из углеродистых и низколегированных сталей
для металлографического исследования выре-
зают по одному шлифу, для труб из аустенит-
ной сзади - по четыре шлифа.
Трубопроводы газовых сетей для жилых,
обшественных и производственных зданий, ра-
ботающие под давлением до 12 кгс/см2, изго-
тавливают в соответствии с требованиями, ко-
торые содержат Строительные нормы и пра-
вила (СНиП) Ш-17—71.
Согласно этим нормам сборка трубопро-
водов производится на сварочных прихватках
длиной 30—40 мм и высотой, равной половг’че
толщины стенки. Техника сварки стыке® трубо-
проводов принимается в зависимости от циа-
. метра трубы, толщины ее стенки и химического
состава металла. Различными технологически-
ми приемами свариваются поворотные и непо-
воротные стыки трубопроводов.
Ручная сварка стыков труб по-
крытыми электродами используется при нало-
жении корневого шва без подкладных колец,
а также при изготовлении и монтаже трубопро-
воде® в неудобных для механизированной дуго-
вой сварки условиях: стыки коленообразного
гнутого трубопровода, стыки трубопровода,
проходящего через естественные преграды (вод-
ные, горные и др.), соединение секций в длин-
ные плети, приварка фланцев, заглушек и т. д.
Корневой шов выполняется электродами
1,6—3 мм в зависимости от толщины стенки
трубы, а остальные швы могут выполняться
более производительными видами сварки
(автоматом или полуавтоматом).
При ручной сварке всего стыка целесообраз-
но выполнять его в несколько слоев: при тол-
щине стенки 4—5 мм — в два слоя (не считая
корневого), при 10—12 мм — в четыре слоя
электродами диаметром 3—4 мм. Ручная га-
зовая сварка выполняется только в один слой.
Ручную дуговую сварку стыков трубопрово-
дов выполняют двумя способами: сверху вниз
и снизу вверх.
Сварка сверху вниз происходит на большой
скорости и с меньшим сечением валика (с мень-
шим количеством шлака), это приводит к луч-
шей структуре и большей вязкости металла шва,
что особенно важно при работе на морозе.
Другие преимущества способа сварки сверху
вниз заключаются в менонюм усилении шва,
снижении времени на зачистку от шлака и от-
сутствии необходимости заварки кратера. Свар-
ка сверху вниз выполняется электродами марок
ОЗС-9, ВСЦ-1, ВСЦ-2, ВСФС-50. Этими же
электродами можно выполнять сварку и снизу
вверх.
Режим дуговой ручной сварки стыков труб
выбирают в зависимости or марки и диаметра
электрода и слоя шва (табл. 66).
66. Ориентировочные данные по технологии ручной
сварки неповоротных стыков трубопроводов
из низкоуглеродистых н низколегированных сталей
Тол-
щина
метал-
Тип
элек-
трода
Марка
электрода
Слой Диа-
шва метр
Ток при
сварке в
элект
рода,
мм
нижнем
положе-
нии, А
ла, мм
Коли
чест-
во
слоев
в шве
Э-42А
Э-46А
Э-50А
Э-42А
ВСЦ-1,
ОЗС-9,
АНО-9,
У ОЧИН-
13/45.
СМ-11
АНО-8,
СМ-11
ТМУ-21,
АНО-7,
УОНИИ-
13/55
указанные
выше
ВСФС-50
1 3 90—120
2 4 120—180
1 3 100—120
2 4 130—150
1 3 100—120
2 4 120—140
3 90—120
4 120—180
4 100—160
Для повышения производительности и ка-
чества сварки сантехнических труб рекоменду-
ется полуавтоматическая дуговая
сварка в‘ углекислом газе и самозащитной
проволокой взамен газовой.
Соединение труб выполняется встык и втавр.
Удовлетворительные результаты при сварке
труб диаметрами от до 2 дюймов получа-
ются при использовании проволоки диаметром
0,6—1 мм. Зазоры между кромками при сборке
под сварку могут колебаться в пределах от 0
до 3 мм.
Скорость дуговой сварки выше скорости га-
зовой в 2,3—2,5 раза, марка проволоки —
184
chipmaker.ru
Св-08Г2С. Сварка производится на постоянном
токе при обратной полярности.
Перевод на дуговую сварку внутренних сан-
технических систем снизил стоимость свароч-
ных работ в два раза по сравнению с газовой
сваркой. Режимы сварки в СО2 приведены в
табл. 58, 59.
Для работ ремонтного характера в помеще-
ниях наиболее удобно применение полуавтома-
та «Луч» (Институт электросварки им. Е. О. Па-
тона) с питанием от осветительной сети со сва-
рочной проволокой марки Св-15ГСТЮЦА по
ГОСТ 2246—70, которая не требует газовор за-
щиты. Масса полуавтомата со сварочным про-
водом и заряженной кассетой — 2 кг.
Порядок ручной дуговой сварки поворот-
ных стыков труб диаметром более 200 мм по-
казан на рис. 151. Стык труб соединяется тремя
симметрично расположенными прихватками
(рис. 151, а). Окружность стыка размечается для
сварки на четыре участка. Кружками отмечены
точки начала и окончания шва, а стрелками —
направление сварки. Первый слой приваривают
электродом диаметром 4 мм при токе 120—
150 А узким валиком в направлении снизу вверх
(рис. 151, б), а затем, повернув трубку на 90°,
Рис. 152. Порядок сварки стыков неповоротных труб:
а — сборка труб на прихватах, б, в, г — выполнение
первого, второго и третьего слоев; А, Б, П — гра-
ницы участков первого слоя шва, Т, К — то же,
для второго слоя шва, 1—7 — последовательность
выполнения слоев шва на участках
Рис. 151. Порядок сварки стыков труб с поворотом:
а — места размещения прихваток (У) и участков
шва (Л, Б, В, Г), б — выполнение первого слоя на
участках А—£ и Г—В, в — поворот стыка и выпол-
нение первого слоя да участках Г—А и В—Б, г —
выполнение второго слоя шва, д — выполнение
третьего слоя шва
заваривают последние противоположные участ-
ки первого слоя (рис. 151, в). После этого элек-
тродом диаметром 5 мм при токе 200—250 А
накладывают в одном направлении второй
(рис 151, г) и в противоположном второму
слою третий слой (рис. 151, д).
Порядок ручной дуговой сварки неповорот-
ных труб диаметром 250—500 мм показан на
рис. 152. Первый слой накладывают тремя
участками. Второй и третий слои — двумя
участками, смещая их между собой на 50—
100 мм. В указанном порядке можно произво-
дить сварку стыка сверху вниз, применяя элек-
троды с целлюлозным покрытием ОЗС-9 и
ВСЦ-1, дающие мало шлака.
Применяют сварку комбинированными спо-
собами в зависимости от наличия электродов:
первый слой сваривают сверху вниз электрода-
ми ВСЦ-1 или ОЗС-9, второй слой — электро-
дами УОНИИ-13/45 и третий слой — электро-
дами УОНИИ-13/55, АНО-9.
Стыки труб диаметром более 500 мм делят
по окружности на 6—8 участков и технологию
сварки строят так, чтобы по возможности обес-
печить равномерное охлаждение металла стыка,
в результате чего получается менее напряжен-
ный металл стыкового соединения.
185
chipmaker.ru
Когда нельзя сваривать стык ни с поворо-
том, ни в потолочном положении, тогда при-
меняют сварку с козырьком, как показано на
рис. 153. Сначала выполняется нижняя часть
стыкового шва только с внутренней стороны,
а затем верхняя часть стыкового шва и козырька
только, с наружной стороны.
Трубы, применяемые для изготовления ферм,
'тоек, колонн, опор и других строений, свари-
вается. с различными углами сопряжений
(рис, 154). В этих случаях наиболее сложна и
ответственна подготовка кромок под сборку и
сварку. Сборочные прихватки делают в удоб-
ных,местах сопряжения. Швы по контуру сопря-
жения соединяемых трубчатых элементов луч-
ше выполнять по принципу обратноступенча-
той ьварки. Часто трубчатые узлы изготовляют
дуговой сваркой неплавящимся электродом в
защитном газе. Кроме ручной дуговой сварки
возможно применение полуавтоматической. Для
труб с толщиной стенки менее 1 мм пелесооб-
разна, импульсно-дуговая сварка. Сантехниче-
ские трубы целесообразно сваривать дугопрес-
совой сваркой.
Наиболее прочное соединение труб можно
обеспечить сваркой с поддувочным газом, по-
даваемым по самой трубе. В этом случае
Рис. 153. Порядок сварки стыков труб с козырьком
Рис. 154. СиТрЯЖВМГ труб ПОД РВЗИЫМ1 углмм
Рис. 155. Схема прнсиособлешя для сварки труб с
поддувом газа:
1 — входной и выходной ниппели, 2 — ит&пяияя-
ские шайбы, 3 — резиновые шайбы, 4 — соедини*
тельные скоСч из проволоки диаметром 2—3 мм,
5 — сварные трубы, 6 — шланг для подачи газа,
7 — приклеенная бумага
(рис. 155) газ формирует обратный валик регу-
лируемой величины и охлаждает металл шва
с образованной дендритов, направленных по
толщине металла лва. Это увеличивает проч-
ность сварного соединения и устраняет необхо-
димость внутренних подкладных колец, как
практиковалось по стар эй технологии сварки.
В качестве поддувочного газа могут служить
аргон, азот, углекислый газ и др
Контрольные вопросы
1. В какой последовательности нужно выполнять
швы при изготовлении ферм и соединении балок
между собой?
2. Расскажите о сущности процесса сварки стыков
труб покрытыми электродами.
3. В каких случаях и как выполняется сварка стыка
труб с козырьком?
chipmaker.ru
ГЛАВА
XXV
ДЕФЕКТЫ И КОНТРОЛЬ
СВАРНЫХ ШВОВ И ИЗДЕЛИЙ
§ 118. Основные дефекты сварим шва
и прочены их возникновения
Классификация дефектов. Вс: дефекты под-
разделяются на наружные, внутренние и сквоз-
ные.
К наружным дефектам относятся занижение
размеров и превышение усиления сварных швов,
смешение шва от оси, подрезы (рис. 156), на-
плывы, усадочные раковины, незаплавленные
кратеры, наружная пористость, трещины, вы-
ходящие на поверхность шва или околошовной
зоны. К наружным дефектам относятся также
неравномерность ширины и катета шва и круп-
ная чешуйчатостъ залита.
К внутренним дефектам относятся газовые
поры, шлаковые и неметаллические включения,
непровары (рис. 157), тр, шины в металле шва
и в зоне термического влияния.
Сквозные дефекты представляют собой сви-
щи, прожоги и сквозные трещины.
Причин дефектов сварных швов много,
основные из них — низкое качество сварочных
материалов, неправильная сборка, неисправ-
ность оборудования, отклонения от технологии
и низкая квалификация сварщиков. При авто-
матической сварке дефектов возникает, как
правило, меньше, чем при ручной.
Происхождение и сущность основных дефек-
тов сварки. Для обеспечения работы изделия
стыковые швы должны иметь небольшое уси-
ление высотой 1—2 мм. Излишнее усиление
шва (более 3—4 мм) в изделии, работающем на
динамическую нагрузку, приводит к концен-
трации напряжений и снижению работоспособ-
ности сварного соединения. Особенно опасна
концентрация напряжения для легированных
сталей при работе конструкций при отрица-
тельной температуре.
Крупная чешуйчатость шва, неравномерная
ширина его и наличие наплывов наблюдаются
при сварке на монтаже в неудобных условиях
работы.
Подрезы представляют очень серьезную
опасность, так как являются концентраторами
напряжений в самом слабом месте сварного
соединения, где часто бывает перегретый ме-
талл. Кроме того, подрезы уменьшают рабочее
сечение шва. В ответственных конструкциях
даже незначительные подрезы недопустимы.
Подрезы исправляются наплавкой тонкого шва.
Непровары в корне сварного соединения и
между слоями многослойного шва являются
концентраторами напряжений, уменьшают
сплошность металла сварного соединения и
работоспособность конструкций., К этому осо-
бенно чувствительны легированные стали.
Наружная и внутренняя пористость шва
образует местную концентрацию напряжений,
уменьшает физическую сплошность металла и
может привести к преждевременному разру-
Рвс. 156. Подрезы зовы снлавлемпь
а — стыкового, б — углового, в — нахлесточи'тс
Рос. 157. Непровары:
а — корня шва, б — зоны сплавления, в — частич-
ный и сплошной
187
chipmaker.ru
шению конструкции под нагрузкой. Причиной
образования пор являются газы, которые об-
разуются в процессе плавления и остывания
металла шва и не успевают выйти в шлак.
Неметаллические (шлаковые) включения сни-
жают ударную вязкость и прочность сварного
соединения. Они получаются в результате пло-
хой зачистки кромок от окалины и ржавчины
и предыдущих слоев при многослойной сварке.'
Наименьшее количество неметаллических вклю-
чений имеет место при сварке в защитных газах.
Небольшие округлые включения не опасны.
При сварке вольфрамовым электродом могут
образоваться вольфрамовые включения. Этот
дефект по степени опасности соответствует шла-
ковым включениям.
Трещины (продольные и поперечные, по
шву и околошовные) создают несплошность
материала для силового потока и вследствие
этого местную концентрацию напряжений с
резким падением динамической и вибрационной
прочности конструкции. В зависимости от со-
става и свойств сварных швов и основного ме-
талла образовавшаяся в зоне сварки трещина
может распространиться на значительную длину.
Трещины считают самым опасным дефектом
сварки.
Влияние дефектов на снижение прочности
сварных соединений. Влияние дефекта на работо-
способность сварного соединения следует рас-
сматривать с точки зрения формы', длины и рас-
положения его по отношению к направлению
действующей силы. Более опасными являются
дефекты вытянутой формы (трещины, непрова-
ры), менее опасными—-дефекты округлой фор-
мы (одиночные газовые поры, шлаковые вклю-
чения). Дефекты, направленные параллельно
силовому потоку, менее опасны для конструк-
ций, работающих на статическую нагрузку.
Непровар величиной в 25% от толщины металла
при понижении температуры до —45 °C вызыва-
ет уменьшение временного сопротивления на
растяжение сварного соединения в 2 раза, плас-
тичности — более чем в 2—4 раза. Особенно
сильно уменьшается прочность сварных соеди-
нений под в таянием физической несплошнос'ги.
Например, непровар стыкового шва из низко-
углеродистой стали допускается только до 5%
от толщины металла, а при сварке легирован-
ных сталей — еще меньше. Одиночные поры
в количестве не более 5—6 на 1 см2 сечения шва
допустимы в сварных соединениях из низко-
углеродистой стали
§ 119. Классификация видов контроля
качества сварных швов
и сварных изделий
Все виды контроля качества сварки можно
разделить на две основные группы: 1)- неразру-
шающие виды контроля и 2) разрушающие
виды контроля.
Неразрушающие виды контроля предназна-
чены для выявления как наружных, так и внут-
ренних дефектов. Обычно наружные дефекты
выявляются внешним осмотром с использова-
нием мерительного инструмента, а внутренние
определяются физическими методами исследо-
вания — просвечиванием рентгеновским и гам-
ма-излучением, ультразвуком, магнитным мето-
дом и др. Неразрушающий контроль заключа-
ется в том, что сва'рной образец или изделие
подвергается действию соответствующих физи-
ческих импульсов. Дефект обнаруживается по
искаженному ответному импульсу от проверяе-
мого шва.
Некоторые из физических видов контроля
качества металла обладают хорошей, а другие
слабой чувствительностью по отношению к
дефектам сварки.
С целью выявления наружных дефектов
наиболее часто применяют следующие виды
контроля:
испытание с помощью проникающих жид-
костей;
магнитные испытания;
испытания ультразвуком (редко).
Для выявления внутренних дефектов при-
меняют следующие неразрушающие виды конт-
роля:
радиационные виды контроля (рентгенов-
ским и гамма-излучением);
ультразвуковой вид контроля;
контроль магнитным порошком или маг-
нитной лентой;
проницаемостью газом или жидкосту1 э
Разрушающие виды контроля предназначе-
ны для определения характера, места располо-
жения и размеров дефектов и их влияния на
работоспособность сварных соединений. Раз-
рушающий контроль осуществляется сверле-
нием, технологической пробой, механическими
испытаниями на растяжение, изгиб, срез, удар,
твердость; металлографическим исследованием
макро- и микроструктуры сварных соединений,
иногда гидравлическим или пневматическим
испытанием сварных изделий с разрушением их.
188
chipmaker.ru
| 120.' Сущность основных видов
неразрушающего контроля
качества сварки
Контроль внешним осмотром. Внешним ос-
мотром выявляются: несоответствие геометри-
ческих размеров швов проектным (размеры
швов определяются специальными шаблонами);
подрезы; непровар в корне соединения (ориен-
тировочно); поверхностные трещины (продоль-
ные или поперечные); наружные газовые поры
И раковины; крупная чешуйчатость и нер ibho*
мерность шва; незаплавленные кратеры; ко-
робление изделия или отдельных его элементов.
Контролю внешним осмотром подверга-
ются гее сварные конструкции независимо от
их назначения и ответственности. Внешний
осмотр сварных деталей эффективен только
тогда, когда он производится квалифицирован-
. ным и опытным контролером.
Радиационные виды контроля. Надежным и
широко применяемым в настоящее время, явля-
ется радиационный контроль просвечиванием
сварных соединений рентгеновским и гамма-
излучением.
Выявление дефектов металла обеспечивается
способностью рентгеновского излучения про-
никать через твердые материалы, в тим числе и
металлы. При прохождении через металл рент-
геновское излучение понижает свою интенсив-
нос~ь вследствие поглощения его атомной ре-
шеткой металла. Лучи ослабляются тем силь-
нее, чем больше атомов встречают они на своем
пути. Поэтому степень ослабления рентгенов-
ского излучения зависит от физических и хими-
ческих свойств материала, его количества и
массы. Неодинаковая интенсивность лучей, про-
шедших через просвечиваемый объект, фикси-
Рк. 158. Схема рентгеновского просвечивания:
1 — катод, 2 — пучок электронов, 3 — анод (ми-
шень), 4 — рентгеновское излучение, 5 — просве-
чиваемый металл, 6 — кассета с пленкой
руется с противоположной стороны исследуе-
мого участка на фотопленке (рис. 158). Излу-
чение оказывает на вещество пленки химическое
воздействие, которое выражается в почернений
фотопленки. Дефекты выявляются в виде чер-
ных пятен на светлом фоне хорошего шва.
Рентгеновское излучение вызывает свето-
возбуждающее действие некоторых веществ:
это действие состоит в том, что эти вещества
(например, платиносинеродистый барий, сер-
нистый цинк и др.) при действии на них рентге-
новского излучения флюоресцируют, т. е. дают
свечение. Это свойство рентгеновского излуче-
ния используется при экспозиции не на пленку,
а на экран при просвечивании металлов.
Применяется контроль рентгеновским излу-
чением с использованием экрана в сочетании
с телевизионным устройством, преобразующе-
го рентгеновское изображение в видимое (уста-
новка типа РИ — рентгенотелевизионный ин-
троскоп). Чувствительность этого контроля не
уступает чувствительности фотоконтроля (1% и
более), а производительность контроля очень
высока.
Скорость передвижения проверяемого изде-
лия составляет у рентгенотелевизионного ин-
троскопа «РИ-10 Т» 0,5 м/мин.
Интроскопы могут работать с различными
рентгеновскими аппаратами, например типа
РУП-150-10.
Для контроля в условиях монтажа выпуска-
ются портативные импульсные рентгеновские
аппараты «РИНА-1Д», «ИРА-1Д» и другие
с максимальной толщиной стали, доступной для
рентгенографирования, до 25 мм.
Гамма-излучение, имеющее те же свойства,
отличается от рентгеновского более высокой
жесткостью и относительно) малой длиной вол-
ны; следовательно, оно может проникать в
металл глубже, чем рентгеновское излучение.
Оно позволяет просвечивать металл толщиной
до 300 мм. Чувствительность к выявлению де-
фектов гамма-излучением несколько ниже, чем
при просвечивании рентгеновским. Поэтому
гамма-излучение применяют для обнаружения
относительно крупных дефектов с размерами
более 2—4% толщины просвечиваемого ме-
талла. Большое преимущество просвечивания
гамма-излучением заключается в отсутствии
громоздкой аппаратуры, связанной с подвод-
кой электроэнергии и охлаждающей воды, а
также портативность источника излучения и
возможность просвечивания в местах, недоступ-
ных для рентгеновского аппарата. Однако круп-
ным недостатком при просвечивании гамма-
189
chipmaker.ru
излучением является невозможность регулиро-
вания интенсивности излучения, которая в рент-
геновской трубке регулируется подводимым к
ней напряжением. Кроме этого, работа с гамма-
аппаратами более опасна для операторов, чем
работа с рентгеновскими. Гамма-излучение,
имеющее большую жесткость, при неосторожг
иом обращении с гамма-аппаратом может вы-
звать сильное и опасное облучение.
Расшифровка рентгенограмм.
На негативе рентгенограммы (рис. 159) дефекты
изобразятся в виде черных точек (газовые поры),
неправильной формы пятен (шлаковые включе-
ния), в виде прямой черной линии и полос
(непровар, трещина).
Газовая пористость выявляется на пленке
• виде округлых изображений различного раз-
мера и плотности, которые располагаются изо-
лированно, группами или разбросаны беспоря-
дочно по полю шва.
Шлаковые включения проявляются на плен-
ке как теневые изображения удлиненной не-
правильной формы, располагаются изолиро-
ванно в одном направлении или разбросаны в
беспорядке по полю шва.
Непровар представляется темной тенью, ко-
торая обычно имеет вытянутую форму. Непро-
вар в корне соединения виден как прямая тем-
ная сплошная или прерывающаяся линия; часто
имеет вид прямой, идущей по оси шва.
Трещины проявляются на пленке в виде
четких темных изгибающихся линий. Подрез
виден на пленке как темная линия рядом с
основным металлом.
Особенности просвечивания сварных швов
рентгеновским н гамма-Нзлучением. Поскольку
о дефекте з шве судят лишь по отраженному
изображению, то про< >ечивание только с одной
позиции не дает возможности определить глу-
бину залегав ы дефекта. Глубину дефекта пред-
положительно определяют по расстоянию меж-
ду изображениями, полученными на рентге-
новских пленках при просвечивании под двумя
различными взаимно пересекающимися угла-
ми. Схема расположения дефектометра и креп-
ления кассеты с пленкой показана на рис. 160.
Толщину дефекта определяют сравнением
плотностей изображения на пленке дефекта со
специальным эталоном. При этом способе на
плотность изображения дефекта влияет кроме
толщины также и его ширина. В случае неболь-
шой ширины дефекта могут иметь место зна-
чительные погрешности. Все это создает слож-
ность расшифровки тонких дефектов и их глу-
бины залегания.
Оценка качества сварного шва по рентге-
новскому или гамма-снимку производится по
трехбалльной системе. Сварные швы, оцененные
баллом 1, подлежат исправлению.
Ультразвуковой контроль сварных швов.
Ульразвуковой способ обнаружения дефектов
сварки основан на отражении направленного
импульса высокочастотной звуковой волны.
Обычно частоты ультразвуковых колебаний
превышают 20 000 Гц и находятся выше акусти-
ческого диапазона, воспринимаемого нормаль-
ным человеческим ухом. Эти волны распростра-
няются в однородных материалах по относи-
тельно прямым линиям и при достижении гра-
ницы раздела двух сред (например, однород-
ный металл шва и внутренний порок) прелом-
ляются и отражаются. Отраженный пучок уси-
ливается, преобразуется в переменный ток и
подается на экран электроннолучевой трубки,
на которой изображается соответствующей фор-
мы импульс ультразвуковой волны. Расшифров-
ка этого импульса позволяет определить нали-
чие в шве дефекта.
Ультразвуковой контроль имеет следующие
основные преимущества:
Рис. 159. Расшифровка рентгенограмм:
1 — газовые включения, 2 — шлаки, 3— трещины,
4 — непровары
Рве. 160. Схема расположения дефектометра в креп-
ления кассеты с пленкой:
1 — сварное соединение, 2 — дефектометр, 3 — кас-
сета с пленкой, 4 — магнит
190
высокая чувствительность (1—2%), позво-
ляющая обнаруживать, определять местона-
хождение и измерять небольшие дефекты (пло-
щадью более 2 мм2);
большая проникающая способность звуко-
вых волн, позволяющая Контролировать тол-
стые материалы (для стали до 2 м);
возможность контроля только с одной по-
верхности сварного соединения.
Однако ультразвуковой контроль имеет так-
же и существенный недостаток, ограничиваю-
щий его применение или затрудняющий про-
верку качества сварных щвов; он выражается
в сложности расшифровки дефектов шва из-за
влияния внутренней структуры (крупное зерно,
тонкодисперсные включения); сложной кон-
фигурации и ориентации дефекта и сложного
вида сварного изделия.
При прозвучивании неоднородного металла,
каким является металл почти каждого свар-
ного соединения, происходит большое рассеи-
вание энергии ультразвуковых волн, которое
приводит к сложному и нечеткому изображе-
нию импульса дефекта на экране электронно-
лучевой трубки. Чрезмерное рассеивание энер-
гии колебаний может привести к нехватке ее
для обнаружения дефекта.
Поэтому ультразвуковой контроль часто
применяют как предварительный в сочетании с
последующим просвечиванием швов рентгенов-
ским или гамма-излучением. При всех случаях
ультразвуковой контроль швов должен выпол-
няться высококвалифицированными и опытны-
ми операторами.
Получение и обнаружение
ультразвуковых волн. В дефекто-
скопии применяется пьезоэлектрический способ
получения ультразвуковых волн, при которых
электрические колебания Превращаются в ме-
ханические.
Выходной сигнал от импульсного генератора
(рис. 161) проходит через датчик (щуп) к свар-
ному соединению. Датчик представляет собой
пластинку из пьезоэлектрического материала,
которая вибрирует, преобразуя переменный
электрический ток в механические колебания.
В качестве пьезоэлектрических материалов мо-
гут служить кварц, сульфат лития, титанат ба-
рия и др.
Частота импульса регулируется толщиной
пьезоэлектрической пластинки. Щуп с пьезо-
электрической пластинкой прижимается к по-
верхности сварного соединения через акусти-
ческую (контактную) среду (слой воды, машин-
ного масла, глицерина и др.), так как воздух
Рве. 161. Схема ультразвукового контрол» металла:
1 н 2 — датчики (щупы) с пьезоэлектрическим мате-
риалом, 3 — акустическая среда, 4 — Дефект
является плохим проводником ультразвуковых
волн и препятствует их прохождению. Тонкий
слой жидкости облегчает также перемещение
датчика по поверхности сварного соединения.
Акустический контакт может быть,также до-
стигнут погружением сварного изделия с щу-
пом в водяную ванну.
Упругие колебания достигают Максималь-
ного значения тогда, когда частота электриче-
ских колебаний совпадает с колебаниями пла-
стины. Поэтому ультразвуковой Дефектоскоп
должен с определенной скоростью генерировать
(вырабатывать) ультразвуковые водны требуе-
мой частоты.
Требуемая частота зависит от размера кон-
тролируемого дефекта и требуемой глубины
проникновения. Например, чем выше частота,
тем на большей глубине выявляется дефект и
тем меньше дефект, который может быть об-
наружен.
Для контроля качества сварных швов целе-
сообразно использовать импульсные ультра-
звуковые дефектоскопы. В этой сист еме дефек-
тоскопа генератор высокой частоты подает
кратковременный импульс тока на датчик из
пьезоэлектрического материала, затем насту-
пает пауза, после чего снова следует очередной
импульс и т. д.
Ультразвуковой пучок, достигший дефекта
в щве, отражается и принимается либо другим
щупом (приемным в случае двухщуповой схе-
мы), либо тем же (подающим — однощуповая
схема) во время паузы между импульсами.
Выполнение контроля сварного щва и мани-
пуляция щупом иллюстрируются рис. 162. Щуп 1
должен перемещаться параллельно сварному
шву зигзагами, как показано на рис. 162 .
При движении щупа 1 контролируется только
часть шва (на рис. заштрихована). Для обсле-
дования всего поперечного сечения щва щупом
выполняют зигзагообразные движения, мед-
191
chipmaker.ru
Рис. 162. Контроль сварного шва я манипуляция
йупом
ленно удаляясь от шва на расстояние, достаточ-
ное для обследования всего шва (щуп 2 на
рис. 162).
Области применения ультразвукового конт-
роля. При контроле ультразвуковым дефекто-
скопом УЗД-7 могут быть выявлены трещины
и непровары глубиной более 0,15—0,2 мм при
их длине не менее 5 мм; газовые поры и шла-
ковые включения диаметром 1—1,5 мм и более
при толщине сваренной стали свыше 5 мм.
Практически минимальная толщина контро-
лируемых дефектоскопом УЗД-7 сварных швов
составляет 8—10 мм; при меньшей толщине
дефекты выявляются нечетко.
На стройках наибольшее применение нахо-
дят приборы типа УДМ-1М, ДУК-1 ЗИМ,
ДУК-ВИМ (батарейное питание).
Промышленностью выпускаются также
ультразвуковые дефектоскопы УЗД-НИИМ-5,
ДУК-ПИМ, ДУК-66П, УДМ-3. Питание де-
фектоскопов производится от сети напряже-
нием 12, 36, 127 или 220 В; в некоторых типах
дефектоскопов предусмотрено также питание
от аккумуляторных батарей напряжением 12 В.
Дефектоскопы обеспечивают глубину прозву-
чивания до 700 мм (УДМ-3 — до 2000 мм),
выявление дефектов в стали площадью 2—3 мм2
на глубине до 100 мм.
Ультразвуковой вид контроля применим
для прозвучивания труб со стенкой толщиной
более 8 мм.
Магнитные виды контроля. Магнитный вид
контроля металла основан на том. что при про-
хождении магнитных силовых линий по испы-
туемому материалу в местах дефектов возни-
кают поля рассеяния (рис. 163). Если на поверх-
ности металла нанести ферромагнитный поро-
шок, то над местом расположения дефекта соз-
дадутся скопления порошка в виде правильно
ориентированного магнитного спектра.
Намагничивание осуществляется пропуска-
нием тока по детали, созданием магнитного
поля вокруг детали действием природного маг-
нита или электромагнита. Неравномерность
поля определяется искателем, в частности маг-
нитным порошком, который и указывает место-
положение и протяженность Дефекта в детали.
Удобным способом создания магнитного
потока является пропускание тока плотностью
15—20 А/мм2 по виткам сварочного провода,
наматываемого тремя—шестью витками на
деталь (рис. 164). Для намагничивания лучше
применять постоянный ток.
С помощью магнитного порошка можно вы-
являть любые внутренние дефекты. В настоя-
щее время этот вид контроля применяют для
выявления:
поверхностных трещин, невидимых невоору-
женным глазом;
трещин, находящихся внутри металла на
глубине не более 15 мм (чем больше ширина
трещины, тем легче ее выявить);
расслоение металла.
Можно обнаруживать также крупные газо-
вые раковины, поры и шлаковые включения,
расположенные на глубине не более 3—5 мм.
Существует два способа контроля с помощью
магнитного порошка: сухой и мокрый. В пер-
вом случае магнитный порошок (охра, сурик,
Рис. 163. Прохождение магнитного потока по детали
при наличии дефекта в металле
Рис. 164. Схема намагничивания изделия пропуска-
нием тока:
1 — деталь, 2 — витки провода, 3 — трещина
192
chipmaker.ru
железные опилки, окалина и т. д.) находится в
сухом виде; во втором случае магнитный по-
рошок находится во взвешенном состоянии в
жидкости (керосине, мыльном растворе, воде).
Сухим способом можно обнаружить как по-
верхностные, так и глубинные дефекты; мок-
рым способом лучше обнаруживаются поверх-
ностные дефекты.
В производстве сварных трубопроводов для ,
контроля качества швов находит применение
магнитографический способ контроля с помо-
щью магнитной ленты. Он основан на записи
полей рассеяния, возникающих над дефектами,
на ферромагнитную ленту и последующем вос-
произведении их магнитографическим магнито-
скопом. В результате сравнения контролируе-
мого стыка с эталоном контролер делает вывод
О характере дефектов й пригодности стыка.
Согласно методике ВНИИСТ магнитографиче-
скому контролю можно подвергать стыки тру-
бопроводов и стыковые швы листовых металло-
конструкций с толщинами ст енок от 2 до 16 мм.
Магнитографический способ более чувстви-
телен к наружным недопустимым дефектам
швов — резким переходам по усилению круп-
ной чешуйчатости шва, подрезам и гребенча-
тому усилению. Но часто этот вид непригоден
для выявления внутренних дефектов. Например,
стыки трубопроводов диаметром мепее 114 мм
с толщиной стенки 4 мм могут иметь усиления
шва высотой более 40% толщины стенки трубы.
При магнитографировании запись от дефекта
сливается с записью от усиления. В результате
этого контроль таких соединений становится
невозможным.
Надежность магнитографического контроля
возрастает с уменьшением отношения усиления
шва к толщине стенки трубы.
В некоторых случаях магнитографический
вид контроля может заменить контроль про-
свечиванием.
Для особо ответственных сварных конструк-
ций с высокими требованиями к качеству свар-
ных соединений целесообразнее применять оба
вида контроля. При этом можно рентгенопро-
свечивание применять лишь для расшифровки
дефектов,, выявленных Mai нитографическим
контролем.
Применяются дефектоскопы МД-9, МДУ,
МГК-1, ВУМД-7 и др.
Контроль непроницаемости швов. Контроль,
основанный на проницаемости газов (воздуха,
смеси воздуха с аммиаком и другими индикато-
рами) н жидкостей (воды, керосина), широко
используется для проверки герметичности со-
судов и трубопроводов.
Гидравлическое испытание.
Гидравлическому испытанию подвергаются раз-
личные сосуды, котлы и трубопроводы,
работающие под давлением. Гидравлическим
испытанием контролируется не только плот-
ность сварных соединений, во 1акже относи-
тельная прочность всей сварной конструкции.
При гидравлическом испытании сосуд наполня-
ется водой; для выхода воздуха в верхней части
одно отверстие оставляют открытым. Это от-
верстие закрывается лишь после наполнения
водой всего сосуда. Затем в сосуде i идравличе-
ским прессом создастся давление, равное рабо-
чему давлению. Если дефектов не обнаружива-
ется, давление увеличивается до £.**=1,25 Рра6
для сосудов и Рисп= 1,5 /ра6 для трубопроводов.
Под этим давлением сосуд пли трубопровод
выдерживают 5 мин, затем давление снижают
до Трав и обстукивают соединения молотком со
сферической головкой на расстоянии 15—20 мм
от кромки шва. После этого швы осматривают.
При испытании на морозе вместо воды приме-
няют антифриз.
Пневматическое испытание.
Пневматическое испытание проводят с целью
контроля плотности сварных соединений. Для
этого в замкнутый сосуд нагнетают воздух до
рабочего давления. Снаружи все швы смачи-
ваются мыльным раствором. Сжатый воздух
в местах неплотностей образует мыльпые пу-
зыри. В зависимости от количества и интенсив-
ности выделения мыльных пузырей можно су-
дить о характере и величине дефекта. Пневма-
тический вид контроля сварных соединений по-
лучил широкое применение при испытании со-
судов малой емкости, как наиболее удобный и
доступный в заводских условиях с массовым
производством. В этом случае испытуемый со-
суд погружается в ванну с водой и неплотности
определяются выделением пузырьков воздуха.
Для сосудов большого обьема применять испы-
тание сжатым воздухом следует очень осторож-
но, так как при наличии тефе""ов в швах мо-
жет произойти разрыв всего сосуда.
Химическое испытание. Этот вид
испытания сварных соединений, предложенный
С. Т. Назаровым, применим для испытания на
плотность замкнутых сварных сосудов. В испы-
туемый сосуд подается под давлением до 2 ат
смесь воздуха с аммиаком (1%). С внешней сто-
роны сосуда на сварные соединения плотно
укладывается (приклеивается) бумага (или мар-
193
chipmaker.ru
левый бинт), пропитанная 5%-ным водным
раствором азотнокислой ртути. Если в сварном
соединении имеются неплотности, то аммиак,
обладая высокой проницаемостью, пройдег че-
рез них и в этих местах бумага потемнеет. В за-
висимости от скорости появления на бумаге
пятен, их формы и размеров можно судить о
характере и размерах дефекта. Обычно время
проникания аммиака через неплотности свар-
ного соединения составляет от 10 до 30 мин.
Этот вил испытания сварных соединений полу-
чил на производстве сравнительно малое при-
менение.
Испытание керосином. Керосин
обладает способностью проникать через малые
неплотности: трещины, поры и сквозные нет
провары металла. Для контроля швы со сто-
роны раскрытия окрашивают мелом, разведен-
ным на воде с добавлением клея, а со стороны
корня соединения смачивают керосином. Керо-
син, проходя через неплотности, образует на
высохшей меловой краске темные пятна, по
wskws сиветь о нетлоти.»-
сти и месте ее расположения. Если в течение
30—60 мин такие пятна не появятся, то швы
считаются удовлетворительными. Скорость про-
хождения керосина через металл будет опреде-
ляться толщиной сварного соединения и харак-
тером расположения дефектов в металле. Для
ответственных изделий время выдержки под
керосином устанавливают до 12 ч при темпе-
ратуре окружающего воздуха выше 0” и до
24 ч при температуре ниже 0°.
Керосиновая проба эквивалентна 3—4 ат
гидравлического давления, применяемого для
сварных сосудов закрытого типа.
§ 121. Суедюсть основных разрушающих видов
контроля качества сварки
Металлографическое исследо-
вание сварных соединений позволяет на об-
разцах, вырезанных из шва, установить струк-
туру металла и качество сварного соединения,
выявить наличие и характер дефектов. Исследо-
вание производится на ограниченном количе-
стве образцов и применяется главным образом
для лабораторно-исследовательских работ.
Металлографическое исследование сварных
соединений производится для определения
макро- и микроструктуры. Для исследования из
сварного соединения вырезается образец таких
размеров, чтобы в него вошли сварной шов,
зона термического влияния и основной металл,
не подвергавшийся влиянию тепла. Обычно
размер образца (темплета) не превышает 50—
100 .мм и зависит от толщины металла и режима
сварки. Вырезка образцов из сварных соедине-
ний производится вдоль или поперек шва ме-
ханическим сг.„собом без нагрева. Методика
изготовления шлифов образцов сварных соеди-
нений общая для всех металлографических ис-
следований, сна заключается в шлифовке, по-
лировке и травлении специальными реактива-
ми поверхности исследуемого металла. Метал-
лографическое исследование сварных соедине-
ний начинают с определения макроструктуры
(увеличение до 20 раз); определяют форму свар-
ного Щва, характер проплавления, расположе-
ние слоев при многослойной сварке, характер
и размеры зоны термического влияния слоев
и щва в целом, наличие дефектов сварки — не-
прорара, газовых и шлаковых включений и
трещин. Микроструктура (увеличение 50—
200С* раз) дает представление о размерах зерен,
окщЩных и сульфидных включениях, микро-
порА* и трещинах.
Млталдографиредкое исследование. сварных
соединений желательно дополнять химическим
анализом и измерением твердости.
Механические испытания
сварных соединений производят на
образцах, вырезанных из сварных соединений
изделия или специально сваренных для этих
целей (ГОСТ 6996—66). Иногда проводят меха-
нические испытания отдельных узлов сварных
конструкций, реже целых конструкций.
Механические испытания определяют проч-
ность и надежность работы сварной конструк-
ции- Он» разделяются на статические и дина-
мические. К статическим относятся испытания
иа растяжение (определение прочности) и на
изгг’б (определение пластичности). К динами-
ческим относятся испытания на ударную вяз-
кость (излом образца ударом) и на усталость
(переменной цикличной нагрузкой).
Контрольные вопросы
I. Назовите основные дефекты сварных соединений.
2. Rax влияют дефекты на прочность сварных со-
единений?
3 Какие применяют основные виды контроля ка-
чества сварных соединений?
4. Каковы основные свойства рентгеновского и
едмма-излучения ?
5. Какие преимущества и недостатки ультразвуко-
вого контроля качества сварных соединений?
6. Назовите разрушающие виды контроля и объяс-
ните их сущность.
chipmaker.ru
ГЛАВА
XXVI
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ СВАРКИ
Chipmaker.ru
§ 122. Диффузилиая сварка
Диффузионная сварка впервые в мире пред-
ложена и практически разработана у нас в-
стране Н. Ф. Казаковым. Диффузионная, сварка
происходит в твердом состоянии в условиях
вакуума, при.котором гри определенной тем-
пературе, давлении и времени выдержки по-
средством диффузии осуществляется сседине-
v ние материалов.
В вакууме в пределах 10-3 до 10-’ мм рт. ст.
детали с хорошо подготовленными для сварки
поверхностями плотно прижимаются друг к
другу и нагреваются. За счет имеющихся на
соединяемых поверхностях атомных связей про-
исходит сцепление одной детали с другой.
Перед сваркой деталей рекомендуется поверх-
ности элементов готовить тонким точением
или лучше полировкой. Кроме этого, необходи-
мо с поверхности материалов удалять разного
рода жиры, пыль, краску и окисные пленки.
Это лучше всего достигается протиркой по-
верхностей детали четыреххлористым углеро-
дом.
. Увеличение давления от 0,5 до 2 кгс/мм2
приводит к более тесному контакту между
соединяемыми частями, увеличивает диффузию
и приводит к повышению прочности сварного
соединения. Однако при чрезмерно большом
сжимающем давлении создаются искажения в
кристаллической решетке металлов, что сни-
жает прочность сварного соединения.
Увеличение температуры нагпева, например
для стали 50, с 800 до 1100°С повышает проч-
ность сварного соединения. При дальнейшем
повышении температуры прочность может по-
нижаться.
Большое влияние на. прочность сварного
соединения оказывает степень разрежения в ра-
бочей камере установки. При всех прочих рав-
ных условиях с увеличением вакуума прочность
соединения растет. При вакууме, равном 10“7—
10—8 мм рт. ст., можно добиться равнопрочного
соединения при незначительном нагреве и ма-
лом давлении на свариваемые детали.
. С увеличением времени на сварку, прочность
соединения растет до прочности основного ме-
талла. Но чрезмерное увеличение выдержки
времени снижает.прочность соединения в,связи
с ростом зерен в металле.
Диффузионным процессом можно управ-
лять, изменяя следующие параметры режима
сварки, состояние поверхностей соединяемых
деталей; нагрев деталей; давление на контакти-
рующие поверхности; разрежение в рабочей
камере сварочной установки; время выдержки
сварки.
Диффузионную сварку применяют для полу-
чения деталей с высокоточными размерами;
для соединений материалов, ие поддающихся
сварке плавлением; для изделий, работающих
в сложных условиях.
Диффузионная сварка применяется:
для соединенна деталей из дисилицида мо-
либдена (63% молибдена и 37% кремния). Диси-
лицид молибдена очень стоек к окислению при
температурах до 1700°С. Нагреватели из диси-
лицида молибдена изготавливают из отдс явных
частей, затем их сосджяют между собой. .Соеди-.
некие должно быть без слоя с переходным со-
противлением. При плавлении дисилицид мо-
либдена легко разрушается. Другими способами
соединить детали лево: можно; .
сварки проволоки из быстрорежущей стали;
сварки серого чугуна со сталью;. ;
сварки в вакууме для изготовления деталей
и узлов арматуры из стали 2X13, 30ХГСА;
сварки металлов с трех- и пятикратной раз-
ницей коэффициентов линейного расширения
(цирконий с латунью, вольфрам со сталью);
сварка металлов, не смешивающихся даже в
жидком состоянии (вольфрам с медью, рений
с медью);
соединения твердых сплавов со сталями;
сварки сплава алюминия типа САП-1; этот
материал представляет собой спеченную алю-
миниевую пудру, изготовляемую способом по-
рошковой металлургии;
сварки в вакууме деталей, представляющих
собой стеклометаллические ’сварные узлы; в ко-
торых металлические контакты (электропров’од-
ники) заварены в тугоплавкое стекло.
195
chipmaker.ru
§ 123. Электрояю-лучевая сварка
Электронный луч получается в вакуумном
приборе — электронной пушке (рис. 165) В ва-
кууме с раскаленного катода выделяются элек-
троны, которые направляются к аноду — сва-
риваемой детали.
Вышедшие с поверхности раскаленного ка-
тода электроны ускоряются электрическим по-
лем, создаваемым специальным устройством на
пути прохождения электронов от катода к сва-
риваемому изделию. В результате этого элек-
троны приобретают значительную скорость
и энергию.
Для получения электронного луча электро-
ны фокусируются магнитным полем, создавае-
мым специальным устройством. Таким обра-
Рнс. 165. Принципиальная схема установки-для свар-
ки электронным лучом:
1 — катодная спираль, 2 — фокусирующая головка
катода, 3 — первый анод с отверстием, 4 — фокуси-
рующая магнитная катушка для регулирования диа-
метра пятна нагрева на изделии, 5 — магнитная си-
стема отклонения пучка, 6 — свариваемое изделие,
7 — высоковольтный источник постоянного тока для
питания катода
зом, регулирование скорости подачи электро-
нов в луч достигается электрическим полем,
а концентрация электронов в луче — магнит-
ным.полем. Сфокусированные в плотный пучок
электроны, ударяясь о малую площадку на
свариваемом изделии, вследствие резкого тор-
можения отдают свою энергию металлу, кото-
рый нагревается в месте сварки до очень высо-
кой температуры.
Для управления лучом при сварке служит
магнитная отклоняющая система. Предотвра-
щение возможности возникновения дугового
разряда в пушке достигается глубоким вакуумом
порядка 10 мм рт. ст , создаваемым насосной
системой сварочной установки.
Электронный луч можно подавать на изде-
лие непрерывно и импульсами. Управление
энергией луча ведется с помощью прерывателя,
включенного в цепь питания управляющего
электрода.
Плотность электрической энергии в луче
можно регулировать изменением напряженно-
сти магнитного поля фокусирующей линзы,
что дает возможность регулировать темпера-
туру нагрева свариваемого материала.
Высокая концентрация энергии при элек-
тронно-лучевой сварке позволяет сваривать ме-
талл большой толщины (до 300 мм за один
проход).
Удельная тепловая мощность электронного
луча в сотни и тысячи раз больше, чем удельная
тепловая мощность обычной сварочной дуги.
Если обычная сварочная дуга при напряжении
20 В, токе 200 А и диаметре 10 мм имеет плот-
ность энергии ~4-107 Вт/м2, то электронный
луч при напряжении 100 кВ, токе 8 мА и диа-
метре 0,05 мм имеет плотность 4'10п Вт/м2,
т. е. в 10 000 раз больше. Это обеспечивает при
сварке электронным лучом более высокие ско-
рости сварки, узкие и глубокие швы, малый на-
грев металла околошовной зоны и, как след-
ствие этого, низкие сварочные деформации и
повышенную прочность металла шва и свар-
ного соединения.
Оборудование для сварки электронным лу-
чом. Применяют два вида установок для сварки:
с низким (до 35 кВ) и с высоким (35—150 кВ)
ускоряющим напряжением. В СССР впервые в
1958 г. создана для сварки электронным лучом
установка модели МВТУ-МЭИ. В настоящее
время серийно изготавливаются для электрон-
но-лучевой сварки установки ЭЛУ различных
типов, которые позволяют сваривать стали тол-
щиной до 50 мм. Проектируются установки,
предназначенные для сварки стали толщиной
196
chipmaker.ru
100 мм и более. В качестве примера можно при-
нести краткие технические данные электронно-
лучевой установки У86, выпускаемой промыш-
ленностью: диаметр — 2000 мм, длина —
нЪОО мм, объем камеры — 10 м3, количество
электронных пушек — 3.
Высоковольтные горелки (100—150 кВ) дают
тонкий луч (0,127 мм и более) и обладают глу-
бокой проникающей способностью. JlyuOM мож-
но манипулировать на расстояниях до 900 мм
от изделия, что очень ценно для сварки в трудно-
доступных местах. Луч можно применять для
получения сварных швов сложной геометрии.
В настоящее время рассматриваются планы
создания аппаратуры для сварки электронным
лучом с ускоряющим напряжением в 500 кВ.
За рубежом созданы установки плазменно-
электронного луча и электронно-лучевой сварки
с лучом,. выведенным из вакуумной камеры в
атмосферу (рис. 166).
Области применения электронно-лучевой свар-
ки. В настоящее время электронно-лучевая свар-
ка широко применяется в электронной и атом-
ной промышленности, в самолете- и ракето-
строении. Она используется также для изготов-
ления сварных шестерен, режущего инструмен-
та, узлов энергетических установок. Применя-
ется сварка крупногабаритных конструкций
установкой вакуумных камер только на место
соединения, тогда как вся конструкция остается
в атмосфере. Имеется большой опыт в техно-
Рис. 166. Схема сварки электронным лучом на воз-
духе: _ (
1 —катод, 2 — анод, 3 — фокусирующее устройство,
4 — сопло, 5 — свариваемое изделие
логии электронно-лучевой сварки редких и туго-
плавких металлов, высокопрочных и жаропроч-
ных сплавов.
Перспективы применения электронно-луче-
вой сварки значительны: сварка ответственных
строительных конструкций (балок, колонн и
т. п.), резервуаров, работающих под большим
давлением, арматуры и узлов парогенераторов,
турбин, узлов двигателей внутреннего сгорания.
В будущем электронно-лучевая сварка мо-
жет быть применима в условиях космоса (по-,
стройка и ремонт орбитальных станций и пр.).
§ 124. Сварка лазерным лучом
Ученые Н. Басов,, А. Прохоров (СССР)
и Ч. Таунс (США) были удостоены Нобелевских
премий в 1964 г. за создание оптических кванто-
вых устройств, с помощью которых получают
энергию в виде узконаправленного лазерного
луча.
В настоящее время используют лазеры четы-
рех типов: 1) твердый, 2) газовый, 3) жидкий и
4) полупроводниковый.
Основн ой принцип работы всех типов лазера
одинаков. Лазерная установка состоит из од-
ного, двух, трех и более источников света высо-
кой интенсивности, смонтированных внутри
камеры с рубиновым стержнем (например, из
розового рубина, состоящего из окиси алюми-
ния и примеси хрома до 0.05%). На концах руби-
нового стержня имеются параллельные зеркала.
Одно зеркало имеет отражательную способ-
ность 100%, другое — менее 100% с отверстием
для выхода луча.
При работе белый свет высокой интенсив-
ности, испускаемый источником света, погло-
щается рубиновым стержнем. Пульсирующий
свет продолжает «нагнетать» энергию в стер-
жень до тех пор, пока не достигнет «порога»
(максимальное 'насыщение световой энергией
рубинового стержня); тогда начинается раз-
грузка — испускание с рубинового стержня ко-
роткого импульса новой энергии в виде крас-
ного света через отверстие в частично отражаю-
щем зеркале. После каждого испускания стерж-
нем луча энергия в стержне падает; вновь начи-
нается нагнетание и цикл повторяется. Каж-
дый цикл измеряется микросекундами. Волна
выходного (испускаемого) луча может совпа-
дать с падающей волной белого света и этим
усилить излучение. Усиление света с помощью
вынужденного излучения и носит название «Ла-
зер».
197
chipmaker.ru
При большой нагрузке на кристалл и на
лампы необходимо их охлаждать, так как на-
грев кристалла отрицательно сказывается иа
работе лазера. Для охлаждения используют
преимущественно жидкие газы, например азот
и гелий.
Луч лазера, выходящий, например, из ру-
бинового кристалла, фокусируется оптической
линзой в пятно диаметром от 0,01 до 0,1 мм.
Плотность тепловой энергии в пятне той же
величины, что г i электронном луче, независимо
от того, находятся ли на пути луча воздух,
инертный газ, стекло или другие прозрачные
вещества, или вакуум.
Лазерный луч применяется в микроэлектро-
нике для сварки проволоки малых диаметров н
плоских выводов. Этот ввд сварки можно ис-
пользовать в атмосфере, вакууме и в защитных
газах, для сварки редких и драгоценных ме-
таллов.
Успешно и достаточно широко применяется
резка лазерным лучом (с поддувом кислородом,
воздухом или аргоном), причем не только ме-
таллов, но и неметаллических материалов: де-
рево, керамика, стекло, асбоцемент, резина.
Толщины металлов, разрезаемых лазерным лу-
чом, составляют: мягкие стали — до 10 мм,
легированные стали—до 6 мм, никелевые спла-
вы — до 5 мм, тантал и ниобий — до 3 мм.
§ 125. Прочие вады сварки
Термитная сварка — вид сварки
плавлением. Местный нагрев производится сго-
ранием термита — железной окалины в смеси
с порошкообразным алюминием. При термит-
ной сварке применяют специальные тигли для
сжигания термита. Термитная смесь поджига-
ется специальными «термитными спичками»
(магниевый термит). Смесь горит за счет кисло-
рода окалины и не нуждается в кислороде воз-
духа. Горение протекает равномерно, без взры-
вов. В тигле от сгорания термита образуются
расплавленный металл и шлак. Из отверстия на
дне тигля расплавленный металл выливается в
заформованное и предварительно нагретое мес-
то сварки. Расплавленный металл подогревает
кромки металла деталей до расплавления и пос-
ле охлаждения образует шов. Разъемная форма
снимается, а шлак с поверхности стыка сруба-
ется и зачищается. Для увеличения количества
расплавленного металла в термит добавляют
до 50% обсечки, гвоздей или стружки, а для
легирования — ферросплавы и графит.
Термитная сварка применяется для соедй-
нения в тык трамвайных, иногда и железно-
дорожных рельсов, а также стержней и валов
больших диаметров.
Сварка трением — один из видов
сварки давлением. Местный нагрев кромок ме-
талла свариваемых деталей осуществляется теп-
лом, возникающим от трения при перемеще-
нии друг относительно друга с, единяемых де-
талей, которые сжаты осевой силой. Помимо
нагрева металла силы трения разрушают по*
верхностные пленки окислов. Сварка выполня-
ется на специальных машинах. Одна из сваривае-
мых деталей неподвижна, вторая, прижатая к
первой, — вращается. Когда температура в
стыке достигнет температуры сварки, трение
резко прекращается, а осевое усилие возрастает.
Сварка трением широко применяется для
соединения стержней, труб, режущего инстру-
мента, деталей из разнородных металлов. Ее
преимущества — высокое и стабильное качество
соединений, малая подводимая мощность, вы-
сокая производительность. Промышленностью
выпускается значительное количество машин
для сварки трением.
Ультразвуковая сварка анало-
логична сварке трением, но осуществляется в
микрообъемах металла. Она выполняется сов-
местным действием механических колебаний
высокой частоты (свыше 20 кГц) и небольших
сжимающих усилий. Механические колебания
создаются ультразвуком. Колебания и сжимаю-
щее усилие передаются свариваемым тонким
листам через специальные устройства. Колеба-
ния высокой частоты разрушай г поверхност-
ные загрязнения и нагревают свариваемые части
в микрометалле, а давление (сжимающая силл)
обеспечивает атомную связь между ними. Обыч-
но эта связь образуется между поверхностными
зернами. Получается точечная сварка. Наложе-
нием одной точки на другую получают шовную
сварку.
Ультразвуковая сварка возможна лишь для
соединения тонких материалов (алюминия тол-
щиной менее 1,5 мм; сплавы железа — менее
1 мм).
Прочность сварных соединений, выполнен-
ных ультразвуковой сваркой, достигает проч-
ности основного материала. Ультразвуком мож-
но сваривать такж и неметаллические материа-
лы: полиэтиленовые пленки, пластмассы и др.
Сварка взрывом — вид сварки дав-
лением, осуществляемый действием взрыва.
В зоне соединения металл нагревается в резуль-
тате образующейся пластической деформации.
198
chipmaker.ru
Срарные листы располагаются на расстоянии
2—3 мм и под углом 2—Т друг к другу. На тон-
ком наклонном листе помещается равномер-
ным слоем взрывчатое вещество. Под действи-
' ем взрыва тонкий лист ударяется, о толстый,
Привариваясь к нему. В момент взрыва между
листами создаются большой величины сжимаю-
щая сила и направленная струя воздуха, которая
очищает поверхность листов. Зона соединения
достигает 0,3—0,4 мм.
Сварка взрыном стала внедряться в народное
хозяйство страны с 1964 г. Она находит все
большее применение для получения биметал-
лических заготовок, сварки изделий трубчатого
сечения и др. При сварке взрывом можно полу-
чить сварные соединения практически неогра-
ниченной площади, например, осуществлены
соединения .чн «адью 15—20 м1 2 3 4.
Сварное соединение образуется в течение
миллионной доли секунды, что исключает воз-
никновение диффузионных процессов; поэтому
сваркой взрывом можно соединять такие раз-
нородные металлы, которые при сварке плав-
лением давали бы хрупкие соединения.
Холодная сварка — один из вцдов
сварки давлением. Она осуществляется без. на-
грева металла внешними источниками тепла,
но с образованием пластической деформации в
месте сварки. Этой сварке подвергаются в основ-
ном пластичные материалы (алюминий, медь,
свинец и др.). Холодная сварка применяется для
соединения проводов и шин из алюминия и меди
специальными клещами.
Дугопрессовая сварка применя-
ется для соединения труб диаметрами до.50,мм.
Магнитным полем, специально; создаваемым
катушками, охватывающими с+ык трубы, дугу
заставляют вращаться по контуру сварки. После
нагрева места сварки происходит осевое сжа-
тие свариваемых труб.
Импульсно-магнитная сварка.
Этот вид сварки прогрессирует с 1955 г. Свароч-
ный процесс протекает в короткое гремя —
0,01 с. Зона термического влияния в стыковом
соединении достигает 0,01 мм. Сварка выполня-
ется давлением на специальных машинах. После
начала сварки давление верхнего электрода, уси-
ливается импульсным магнитным полем. Бла-
годаря этому подача верхнего электрода в пе-
риод осадки свариваемых металлов ускоряется
настолько, что приобретает ударный характер.
Прочность сварных соединений при любом ьиде
нагрузки равна прочности основного металла.
Контрольные вопросы
1. Назовите области применения диффузионной
сварки.
2. Каковы преимущества электронно-лучевой свар-
ки по сравнению с дуговой?
3. Расскажите о применении лазерного луча в сва-
рочном производстве.
4. Расскажите о сущности сварки трением и области
ее применения.
chipmaker.ru
ГЛАВА XXVII
СВЕДЕНИЯ ПО МЕХАНИЗАЦИИ,
АВТОМАТИЗАЦИИ
И ОРГАНИЗАЦИИ СВАРОЧНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Chipmaker.ru
§ 126. Механизация сборочных работ
Наиболее трудоемкими процессами при из-
готовлении сварных изделий являются сборка
и сварка: трудоемкость сборки и сварки состав-
ляет соответственно примерно 30 и 33% общей
трудоемкости изготовления сварных конструк-
ций.
Для уменьшения трудоемкости и продолжи-
тельности работы, а также для повышения
качества и снижения себестоимости конструк-
ции применяют механизированные приспособ-
ления для сборки изделия и для движения соб-
ранного изделия при сварке.
Сборка деталей на сварочных прихватках
создает жесткую систему и при сварке препят-
ствует неизбежным взаимным перемещениям
деталей, что может привести к возникновению
значительных внутренних напряжений в свар-
ных конструкциях. Поэтому сборку на прихват-
ках применяют для изделий, свариваемых из
листов небольшой толщины (до 6—8 мм), или
имеющих между сварными узлами гибкие связи
(решетчатые фермы, колонны, рамы, балки и
ДР-)-
При изготовлении листовых конструкций
толщиной более 8 мм используются приспособ-
ления, допускающие некоторую свободу пере-
мещений элементов, конструкций при усадке
швов.
Приспособления бывают для сборки, для
сварки и комбинированные — сборочно-свароч-
ные. Для сборки деталей применяют прижимы,
распорки, домкраты, фиксаторы, кондукторы.
В цеховых условиях для стягивания и фиксации
деталей при сборке широко пользуются I анто-
выми прижимами, быстродействующими 'за-
жимными устройствами пружинного, эксцен-
трикового, рычажно-винтового типа и др.
Для сборки листовых конструкций удобны
магнитные прижимы-фиксаторы. Листы уста-
навливаются в требуемое положение и после
включения тока прижим надежно фиксирует
это положение.
При массовом производстве одинаковых из-
делий применяют специализированные сбороч-
ные и сборочно-сварочные кондукторы, имею-
щие надежные и быстродействующие механиз-
мы для зажатия деталей.
Часто по окончании сборки изделие снима-
ется с кондуктора и укладывается на другое
механизированное приспособление (роликовый
стенд, кантователь или манипулятор для
сварки).
Роликовые стенды состоят из холостых и
приводных роликовых опор, смонтированных
на общей фундаментной плите. Эти стенды
применяют для вращения цилиндрических изде-
лий во время сварки круговых швов и установоч-
ного перемещения при сварке продольных швов
(табл. 67).
Кантователи применяют для поворота сва-
риваемого изделия с целью установки его в
удобное для сварки положение.
Манипуляторы наряду с опорами и кантова-
телями относятся к поворотным приспособле-
ниям. С их помощью удобно сваривать изде-
лия в определенном пространственном поло-
жении.
'Приспособление, в котором производится
сварка закрепленного изделия в одной опреде-
ленной позиции (положении), называют пози-
ционером. Он пригоден для сварки определен-
ного вида изделия, в то время как манипулятор
употребляется для нескольких видов изделий,
и сварку каждого изделия можно выполнять В
различных позициях.
§ 127. Автоматизация процесса сварки
Замена ручной сварки автоматической ведет
к повышению производительности и качества
сварки; для швов длиной более 2 м автоматиче-
ская сварка экономичнее ручной. При автомати-
ческой сварке основные операции процесса —
зажигание дуги, подача электрода в дугу по
мере его плавления, поддержание постоянной
длины дуги, перемещение дуги для образования
шва и гашение дуги выполняются автоматиче-
ски. Эти операции сварки выполняются свароч-
ными тракторами или самоходными головка-
ми. Иногда головка устанавливается непод-
вижно, а перемещается само изделие.
На любом автомате сварщик выполняет
только наладку, контролирует протекание про-
цесса, включает и выключает автомат.
200
chipmaker.ru
о7. Поворотные приспособления для сборки и сварки изделий
Приспособления
Эскиз
Область применения
Роликовые опоры:
а — стационарные
б — передвижные
ручные и механиче-
ские
Для сварки тяжелых изделий и узлов,
цилиндров, балок сосудов и других из-
делий
Кантователь
Универсальные для сварки изделий и
узлов массой 2—12 т
Поворотный стенд
ручной механический
Для сварки средних п крупных узлов
и деталей Для поворота на 360°. Рамы
вагонов, фермы и другие изделия
Цепной кантователь
Для сварки -громоздких и длинных из-
делий нецилиндрического сечепия
Манипулятор:
а — ручной
б — механический
Для сварки мелких и средних деталей
в массовом производстве
201
Рис. 167. Сварочные тракторы головки:
I — сварочный трактор ТС-17М, II — кинематическая схема трактора ТС-17М,
III — сварочный трактор АДС-1000-2, IV—кинематическая схема трактора
АДС-1000-2, V—головка АВГ-2 для сварки в аргоне вольфрамовым электро-
дом с присадочной проволокой, 17 — автомат для сварки стыков труб в аргоне
вольфрамовым электродом с присадочной проволокой
chipmaker.ru
Автоматические головки и сварочные трак-
торы изготовляют двух основных типов: с по-
стоянной скоростью подачи, сварочной прово-
локи в процессе ее плавления и с переменной
скоростью подачи. Первый тип головки (автома-
та) предложен в СССР инженером В. И. Дятло-
вый в 1942 г. Автоматы с постоянной скоростью'
подачи проволоки просты по конструкции и
управлению; они устойчиво работают 'за счет
саморегулирования дуги. Процесс саморегули-
рования дуги состоит в том, что при случайном
уменьшении длины дуги ее напряжение падает,
а ток в дуге возрастает; увеличение тока уско-
ряет плавление конца проволоки и длина дуги
восстанавливается до первоначальной отрегу-
лированной величины; при случайном удлине-
нии дуги процесс ее саморегулирования проте-
кает в обратном порядке. Скорость саморегули-
рования дуги на автоматах (и в шланговых полу-
автоматах) зависит от вида внешней вольт-
амперной характеристики источника питания
дуги, от диаметра сварочной проволоки и дру-
гих условий. Автоматы и шланговые полуавто-
маты, работающие с постоянной скоростью
.подачи проволоки в зону дуги, широко распро-
странены как в нашей стране, так и за рубежом.
Автоматы с переменной скоростью подачи
проволоки по сравнению с автоматами с по-
стоянной скоростью подачи сложны по кон-
струкция и в управлении. Устойчивое горение
дуги в моменты возмущения (падение напряже-
ния в сети, пробуксовывание сварочной прово-
локи в электродных роликах и др.) достигается
в этих автоматах изменением скорости подачи
проволоки специальным автоматическим регу-
лятором. На рис. 167 представлены внешние
виды различных сварочных автоматов.
§ 128. Поточные лиши
во изготовлению сварных изделий
Поточная линия — комплекс оборудования,
на котором изготавливается изделие. По призна-
ку механизации и автоматизации различают не-
сколько типов поточных линий: линия с частич-
ной механизацией, при которой наряду с руч-
ной сваркой применяется полуавтоматическая
шланговая сварка, а остальные процессы про-
изводственного цикла — раскрой металла, рез-
ка, сборка, окраска и др. — выполняются вруч-
ную; линия с комплексной механизацией, когда,
например, применяется механизированная рез-
ка и полуавтоматическая сварка, а остальные
процессы и операции по производственному
циклу (сборка, окраска и др.) выполняются
вручную; линия с частичной автоматизацией,
при которой большинство процессов (резка,
сварка) осуществляются автоматами, а осталь-
ные работы (сборка, контроль качества, окра-
ска) выполняются с применением механизиро-
ванного инструмента и приспособлений. Ли-
ния с комплексной автоматизацией представ-,
пят собой высшую форму поточного произ-
водства, В этом поточном производстве все
работы,-связанные с изготовлением сварных
изделий, выполняются автоматами под наблю-
дением небольшого количества операторов.
Высшие типы поточных линий целесообраз-
но организовывать только при массовом про-
изволе.» .
В Советском Союзе имеются сотни поточ-
ных линий по производству ферм, балок, ци-
стерн и др. Отметим некоторые поточные ли-
нии, разработанные в последние годы в стране.
Разработана поточная линия по производ-
ству двутавровых балок с использованием высо-
кочастотной сварки. Создан опытно-промыш-
ленный стан для изготовления балок высотой
до 500 и шириной полки до 300 мм.
Схематическое изображение стана представ-
лено на рис. 168. В качестве исходного материала
для стенки балки служит рулонированная сталь
толщиной до 12,7 мм. Применение рулониро-
втнной стали облегчает непрерывный процесс
изготовления балок. Толстолистовую сталь
(12—20 мм) для полок балки поставляют от-
дельными листами, которые к месту сварки по-
даются один за другим специальными механиз-
мами.
Перед сваркой привариваемые торцы стенки
< бс скиьают в специальных обсадных роликах
для увеличения толщины листа в месте при-
варки стенки на 30%.
Скорость сварки и потребляемая электриче-
ская мощность зависят от толщины сваривае-
Рис. 168. Схема стам дм сверив ТВЧ мутчум|гт
балок:
7 — размотка и рихтовка, 2 — механическая обра-
ботка кромок полок, 3 — обсадка кромок стенки,
4 — направление полок, 5 — сварка, 6 — зона ох-
лаждения, 7 — правка, 8 — обрезка, 9 — выход го-
товой балки
203
chipmaker.ru
мых стенки и полки. Максимальная скорость
снарки достигает 60 м/ч.
Производительность наиболее мощного из
действующих станов достигает 60—70 тыс. т
в год. Один стан обслуживает 10—15 операто-
ров. Для его работы необходима площадь
120 х 15 м.
На Днепропетровском заводе металлокон-
струкций им. Бабушкина имеется поточная ли-
ния изготовления сварных двутавровых балок.
Ня этой линии из листовой и широкополосовой
стали низкоуглеродистых и низколегированных
марок изготовляют сварные двутавровые бал-
ки высотой 600—2000 мм.
Часть оборудования (например, сборочный
стан, специальные трехэлектродные сварочные
автоматы, магнитные кантоцатели, машины
для правки-грибовидности полок после сварки)
впервые применена в мировой и отечественной
практике.
Основной особенностью технологического
процесса изготовления балок является приме-
нение высокомеханизированной сборки с пред-
варительным натяжением вертикальной стенки
для уменьшения остаточных деформаций от
сварки и трехэлектродной дуговой автоматиче-
ской сварки под флюсом.
Псковский завод тяжелого электросвароч-
ного оборудования изготавливает для автома-
тической линии оборудование для сварки две-
рей грузовых полувагонов.
Агрегат действует с большой скоростью:
каждый час с потока сходит тридцать готовых
изд<= тий. Прежде для такого объема работ тре-
бовалось двенадцать сварщиков. Контактная
точечная сварка, пришедшая на смену дуговой,
позволяет в 1,5 раза повысить прочность изде-
лий и обойтись без их дополнительной обра-
ботки.
§ 129. Научая организация труда
Под научной организацией труда понимают
рад мероприятий, с помощью которых наилуч-
шим образом используются имеющиеся на
производстве оборудование, материалы и ра-
бочая сила с целью увеличения производитель-
ности труда, улучшения качества и снижения
себестоимости изготовляемых изделий при од-
новременном улучшении санитарно-гигиениче-
ских условий работы, повышения квалификации
И культурно-технического уровня рабочих,
укрепления трудовой дисциплины и развития
социалистического соревнования.
К мероприятиям, улучшающим организа-
цию труда, например рабочи : по ручней дуго-
вой сварке в цехе, можно отнести следующие:
обеспечение лучшей защиты глаз рабочих
от отраженных лучей дуги;
лучшее размещение оборудования, инстру-
мента, материале® сварщика для избежания
потерь времени на. различные дополнительные
движения;
применение более рациональных конструк-
ций сборочно-сварочных приспособлений;
создание для сварщиков условий, исключаю-
щих поднятие тяжестей в процессе работы;
применение в цехе условий, снижающих за-
пыленность воздуха;
систематическое повышение квалификации
сварщиков и другие мероприятия.
§ 130. Нормирование времени
и материалов на сварку и резку
Нормирование времени на сварку и резку
дает возможность правильно организовать оп-
лату труда рабочих и планировать производ-
ство.
Норма времени на сварку и резку Т слагается
из пяти элементов: подготовительного време-
ни гп, основного времени t0, вспомогательного
времени tB, дополнительного времени гд и за-
ключительного времени г3, т. е.
Т =tn + Г© + tB + t д + 1з.
Подготовительное время выделя-
ется на получение рабочим инструктивного за-
дания по ознакомлению с условиями выполне-
ния сварки или резки, на подготовку и наладку
оборудования и приспособлений.
Основное или машинное время
представляет собой время горения дуги или
пламени при сварке.
Вспомогательное время включает
время на смену электродов, очистку кромок и
швов, их осмотр, клеймение швов, переходы на
другое место сварки и пр.
Дополнительное время дается на
обслуживание рабочего места (смена балло-
нов, охлаждение горелки и др.), на отдых (со-
гласно законодательству) и естественные на-
добности.
Заключительное время расходуется
на сдачу работы.
При укрупненном нормировании общее вре-
мя Т обычно определяют через основное время
to и коэффициент Ку, (коэффициент, учитываю-
щий организацию труда) по формуле
204
chipmaker.ru
'Т' __
- куч-
В свою очередь основное время (время горе-
ния дуги)
, 7.85F£
to~ J ’
где F — площадь сечения шва, см1 2; L —длина
шва, см; 7,85 — удельная плотность наплавлен-
. ного металла, г/см3 4 5; а —: коэффициент наплав-
ки, г/А-ч; I—сварочный ток, А .
Площадь сечения шва подсчитывают по
чертежу сварного соединения или по таблице.
Коэффициент Ку, принимают при ручной
сварке или резке 0,25—0,40, а при автоматиче-
ской сварке 0,60—0,&0 в зависимости от поло-
жения шва в пространстве и организации труда
на потоке.
Контрольные вопросы
1. Назовите пути механизации и автоматизации
сборочных работ.
2. Расскажите о принципе работы автомата с по-
стоянной скоростью подачи сварочной прово-
локи. ,
3. Какие бывают типы поточных линий на произ-
водстве?
4. Что понимают под научной организацией труда ?
5. Объясните, из каких элементов слагается норма
времени на сварку.
ГЛАВА XXVIII
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
И ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ
МЕРОПРИЯТИЯ ПРИ СВАРКЕ
И РЕЗКЕ
Chipmaker.ru
§ 131. Организация охраны труда
на предприятиях
В социалистическом обществе охрана труда
работающих на производстве имеет первосте-
пенное значение.
Ответственность за организацию и состояние
техники безопасности на предприятиях несет
администрация этих предприятий; на каждом
предприятии имеется отдел техники безопас-
ности или инженеры по технике безопасности.
Охрану труда составляет комплекс ме-
роприятий по производственной санитарии, ги-
гиене труда, организации отдыха, медицинской
помощи й технике безопасности при выполне-
нии работ.
. Общий контроль за выполнением норм и
правил охраны труда, в том числе правил тех-
ники безопасности, осуществляют соответст-
вующие инспекции (Госгортехнадзор, Госсан-
инспекция, Инспекция пожарного надзора, Гос-
энергонадзор) и Комитеты профсоюзов и мест-
ные профсоюзные организации.
Каждый рабочий при поступлении на работу
проходит инструктаж по технике безопасности,
а в случае необходимости обязан пройти тех-
минимум.
§ 132. Техника безопасности
при дуговой сварке
При выполнении сборочных и сварочных ра-
бот существуют следующие опасности для здо-
ровья рабочих: поражение электрическим то-
ком; поражение лучами дуги глаз и открытых
поверхностей кожи; ушибы и порезы во время
подготовки изделий к сварке и во время сварки;
отравление вредными газами и пылью; ожоги
от разбрызгивания капель расплавленного ме-
талла и шлака, взрывы при сварке сосудов, на-
ходящихся под давлением, тары из-под горю-
205
chipmaker.ru
чих веществ и при работе вблизи легковоспла-
меняющихся и взрывоопасных веществ; пожары
от расплавленного металла и шлаки.
Поражение электрическим током. Электри-
ческий травматизм возникает при замыкании
электрической цепи сварочного аппарата через
человеческое тело (рис. 169). Причинами элек-
тротравматизма являются: недостаточная элек-
трическая изоляция аппаратов и питающих
проводов, плохое состояние спецодежды и обуви
сварщика, сырость и теснота помещений и дру-
гие факторы.
В условиях сварочного производства элек-
тротравмы происходят при движении тока по
одному из трех путей: 1) рука — туловище —
рука; 2) рука — туловище — нога; 3) обе руки —
туловище — обе ноги.
При движении тока по третьему пути сопро-
тивление цепи наибольшее, следовательно, сте-
пень травматизма наименьшая. Наиболее силь-
ное действие тока будет при движении е”о по
первому пути.
В зависимости от его величины электриче-
ский ток, проходящий через человека (при час-
тоте 50 Гц), вызывает следующие травмы:
при 0,6—1,5 мА — легкое дрожание рук; при
5—7 мА — судороги в руках; при 8—10 мА —
судороги и сильные боли в пальцах и кистях
рук; при 20—25 мА — паралич рук, затрудне-
ние дыхания; при 50—80 мА — паралич дыха-
ния; при 90—100 мА — паралич дыхания, при
длительности более 3 с — паралич сердца; при
3000 мА и при длительности более 0,1с — па-
ралич дыхания и сердца, разрушение тканей
тела.
Следовательно, смертельным следует счи-
тать величину тока 0,1 А. С повышением часто-
ты электрического тока более 500 Гц действие
его существенно ослабевает..
Величина сопротивления ч.е-
ловеческого организма. Электри-
ческое сопротивление разных частей тела чело-
века различно: наибольшее сопротивление имеет
Рве. 169. Двухполюсное првкосяовепве к •vapowой
сетв
сухая кожа, ее верхний роговой слой в котором
нет кровеносных сосудов, а также костная ткань;'
значительно меньше сопротивление внутрен-
них тканей; наименьшее сопротивление имеют
кровь и спинно-мозговая жидкость. Сопротив-
ление человека зависит от внешних условий:
оно понижается при повышении температуры,
влажности, загазованности помещения. Сопро-
эивтение зависит от состояния кожных покро-
вов: при наличии повреждений кожи — ссадин,
царапин — сопротивление тела уменьшается.
При напряжении выше 100 В происходит
пробой верхнего рогового слоя кожи, что так-
же ведет к уменьшению сопротивления тела.
Сопротивление человека, находящегося под дей-
ствием электрического тока, зависит также от
плотности контактов, площади соприкоснове-
ния с токоведущими поверхностями и пути
электрического тока (см. рис. 169). При опреде-
лении условий электробезопасности считают
величину сопротивления, равную 1000—2000 Ом
в зависимости от напряжения.
Безопасным считается напряжение 12 В, а
при работе в сухих, отапливаемых и вентили-
руемых помещениях — 36 В.
Защита от поражения электри-
ческим током. Для защиты сварщика от
поражения электрическим током необходимо:
надежно заземлять корпус источника питания
дуги и свариваемое изделие; не использовать
контур заземления для обратного провода;
хорошо изолировать рукоятку электрододержа-
теля; работать в сухой и прочной спецодежде
и рукавицах (ботинки не должны иметь в по-
дошве металлических шпилек и гвоздей); пре-
кращать работу при дожде и сильном снегопаде
(если нет укрытий); не производить ремонта
оборудования и аппаратуры (должен выпол-
нять электрик); при работе внутри сосудов
пользоваться резиновым ковриком и переносной
лампой напряжением не более 12 В.
Заземление. Защитное заземление
представляет собой соединение металлическим
проводом частей электрического устройства
(например, корпуса сварочного трансформато-
ра) с землей.
Заземление служит для защиты от пораже-
ния электрическим током при прикосновении к
металлическим частям электрических устройств
(корпуса источников питания, шкафы управле-
ния и др.), оказавшимися под напряжением в
результате повреждения электрической изоля-
ции.
Земля в аварийном режиме работы электро-
оборудования используется в качестве провод-
206
chipmaker.ru
ника в цепи замыкания. При правильном зазем-
лении электрооборудования образуются парал-
лельные электрические ветви: одца с малым со-
противлением (3—4 Ом), а другая, в которую
входит человек или группа людей, с большим
сопротивлением (2000 Ом). Поэтому практиче-
ски ток не пройдет через тело человека в случае
соприкосновения его с корпусом источника пи-
тания, случайно оказавшимся под напряже-
нием
Включение в работу незаземленных источни-
ков питания дуги запрещается (однако имеются
некоторые исключения).
Заземление выполняется различно в зависи-
мости от напряжения и системы электроснаб-
жения (с глухозаземленной нейтралью или с
изолированной нейтралью).
На рис. 116 дана схема подключения свароч-
ного трансформатора при питании его от сети
с глухозаземленной нейтралью. Из схемы вид-
но, что для питания однофазного сварочного
трансформатора от пункта подключения до
вводной коробки трансформатора проложен
трехжильный гибкий шланговый кабель. Тре-
тья жила присоединена одним концом к зазем-
ляющему болту корпуса сварочного трансфор-
матора и другим концом к корпусу пункта
подключения. Зажим-вывод обмотки низкого
напряжения сварочного трансформатора при-
соединен к свариваемой детали и одновремен-
но заземляющим металлическим проводником
в
Рис. 170. Схема иодключеиия сварочного трансфор-
матора цж аптайм ел» от сета с глухозаземлеовой
мйтра hi ю:
1 — пункт подключения, 2 — сварочный трансфор-
матор, 3 — элехтрододержателъ, 4 — свариваемое
изделие, 5 — питающий шланговый трехжильный
провод с заземляющей жилой, 6 — первичная об-
мотка трансформатора, 7 — вторичная обмотка
трансформатора, 8 — заземляющий болт на корпу-
се трансформатора и на пункте подключения, 9 —
к нулевому проводу сети
к заземляющему болту на корпусе сварочного
трансформатора.
На передвижных установках применяют пе-
реносные заземляющие устройства.
Оказание помощи пострадав-
шему от электрического тока.
В первую очередь необходимо отсоединить то-
коведущий провод от пострадавшего; это де-
лается перерубанием провода острым инстру-
ментом с изолирующей рукояткой или отбра-
сыванием провода от пострадавшего сухой до-
ской. В лучшем случае, если есть возможность,
надо сразу выключить рубильник или предо-
хранители. Оказывающий помощь должен пре-
дохранить себя от попадания в электрическую
цепь, пользуясь для этого изоляционными ма-
териалами (сухие доски, резиновый коврик,
стекло, пластмасса). Если пострадавший на-
ходится на высоте, должны быть приняты меры,
исключающие падение после его отключения
от провода.
Пострадавшему должен быть обеспечен при-
ток свежего воздуха, полный покой. При отсут-
ствии дыхания и пульса необходимо немедлен-
но начать искусственное дыхание.
Во всех случаях при поражении электриче-
ским током необходимо вызвать врача.
Поражение электрическим током (электри-
ческий удар) может вызвать клиническую (мни-
мую) смерть. Состояние клинической смерти
продолжается от 4 до 12 мин. За это время че-
ловек может быть возвращен к жизни в резуль-
тате оказания медицинской помощи (реанима-
ция), непрямого массажа сердца или искусст-
венного дыхания.
Следует иметь в виду, что констатировать
смерть может только врач. Поэтому оказывать
помощь пострадавшему надо непрерывно до
прибытия врача.
Искусственное дыхание. Если к
искусственному дыханию приступают на пер-
вой минуте, то исход несчастного случая всегда
благоприятен. Пострадавшего укладывают на
живот. Надо обеспечить приток свежего воз-'
духа, расстегнуть пояс, ворот и другие части
одежды, затрудняющие дыхание и кровообра-
щение, а т акже вытянуть язык, который при па-
раличе западает в гортань и перекрывает дыха-
тельные пути. Один человек, расположившись
у головы, удерживает пальцами язык носовым
платком, а два других делают искусственное
дыхание — перемещением локтей пострадав-
шего от нижних ребер до уровня маковки голо-
вы. Локти должны перемещаться параллельно
земле, необходимо производить легкое нажа-
207
chipmaker.ru
гие локтями на середину ребер. Число движе-
ний равно числу собственных глубоких дыханий.
В настоящее время широкое распростране-
ние получил способ искусственного дыхания
«рот в рот». В этом случае оказывающий по-
мощь вдувает воздух непосредственно в рот
пострадавшего. Пострадавший лежит на спине,
под лопатки его подложен мягкий валик (одеж-
да), голова запрокинута назад. Оказывающий
помощь делает глубокий вдох, плотно (через
марлю, платок) прижимает свой рот ко рту по-
страдавшего и с силой вдувает воздух. При
этом нос пострадавшего должен быть зажат.
После вдувания рот и нос пострадавшего осво-
бождают для свободного выхода воздуха. Вду-
вание прои: водят каждые 5—6 с.
Этот способ более эффективен, чем ручной,
так как при каждом вдувании в легкие пострадав-
шего воздуха поступает в 3—4 раза больше.
Поражение зрения. Электрическая сварочная
дуга выделяет три вида излучений: световое,
ультрафиолетовое и инфракрасное.
Световые лучи ослепляют, так как их яркость
примерно в 10 000 раз превышает допустимую
для глаза. Ослабление зрения, наступившее от
действия световых лучей, исчезает через непро-
должительный период времени.
Ультрафиолетовые лучи даже при кратко-
временном действии на небольшом расстоя-
нии вызывают заболевание глаз — светобоязнь
(электроофтальмия), выражающуюся в появле-
нии рези в глазах, слезотечении, временном
ослаблении зрения. Болезнь проявляется спустя
несколько часов после облучения. Электрооф-
тальмия излечивается в течение 2—3 дней цин-
ковыми каплями или каплями «Альбуцид», про-
мыванием слабым чаем, холодным компрес-
сом.
Инфракрасные лучи могут вызвать повреж-
дение глаз только при длительном действии.
Это повреждение выражается заболеванием,
называемым катаракта (помутнение) хруста-
лика, которое может привести к частичной или
полной потере зрения. Однако это заболевание
у сварщиков встречается редко.
Защита органов зрения. Электро-
сварщики работают со светофильтрами, кото-
рые задерживают и поглощают излучение дуги.
В соответствии с мощностью дуги следует при-
менять светофильтры:
Э-1 для сварочного тока .... 30—75 А
Э-2 » » » .... 75—200 А
Э-3 » » » . . 200—400 А
J » » » ... более 400 А
Размер стекол 52 х 102 мм. Снаружи стекла
предохраняются от забрызгивания простым
оконным стеклом, которое сменяется по мере
загрязнения.
В заводских условиях сварщики работают в
изолированных кабинах. При работе на откры-
том воздухе сварщик должен огородить место
сварки (щитами, ширмами и т. п.), учитывая,
что вредные излучения дуги распространяются
на 15 м.
Стены и потолки сварочных ' мастер-
ских должны окрашиваться матовой краской
темных тонов, исключающей отражение свето-
вых лучей.
Отравление вредной пылью и газами. Отрав-
ление возможно при сильном загрязнении воз-
духа сварочной пылью из окислов и соедине-
ний марганца, углерода, азота, хлора, фтора и
др. По существующим нормам запыленность
помещения не должна превышать 10 мг/м3
воздуха, содержание МпО2 не более 0,3 мг/м\
СО не более 30 мг/м3, NO не более 5 мг/м3,
паров свинца не более 0,1 мг/м3 и т. д. Количе-
ство окисной и вредной пыли при дуговой
сварке образуется от 10 до 150 г на 1 кг расплав-
ленных электродов.
Признаками отравления обычно являются:
головокружение, головные боли, тошнота, рво-
та, слабость, учащенное дыхание и др. Отрав-
ляющие вещества могут также откладываться в
тканях организма человека и вызывать хрони-
ческие заболевания.
Мероприятиями по борьбе с загрязнением
воздуха служат внедрение новых марок покры-
тий электродов и флюсов с наименьшими ток-
сичными свойствами, приточно-вытяжная вен-
тиляция; устройство передвижных отсосов; при-
ток свежего воздуха от воздухопроводов через
электрододержатель или шлем; пользование-
респиратором с химическим фильтром, а ино-
гда и противогазом.
Ожоги. При сварке электродный металл и
шлак разбрызгиваются; горячие брызги могут
попасть на незащищенную кожу сварщика или
вызвать тление и прогорание одежды, а тем
самым ожоги. Для защиты от ожогов сварщиков
обеспечивают специальной одеждой, обувью,
рукавицами и головным убором. При работе
рядом с легковоспламеняющимися материала-
ми может возникнуть пожар. Опасность пожа-
ра особенно следует учитывать при работе на
строительстве. Если сварочные работы прово-
дятся наверху, то необходимо находящиеся вни-
зу аппаратуру и любые легковоспламеняющиеся
материалы защищать от падающих сверху искр.
208
chipmaker.ru
Требуется также особая осторожность при свар-
ке в тех случаях, когда около места выполнения
работ располагаются деревянные леса или име-
ются отходы в ниде стружки, опилок и т. д.
Иногда для выполнения сварочных работ тре-
буется обязательное разрешение пожарной охра-
ны. В местах электросварочных работ должны
быть средства пожаротушения в виде подве-
денной, воды, ящика с песком, щита с инстру-
ментом (топор, лом, багор, лопата и т. п.)
и огнетушителей.
Ушибы, порезы при сборке и сварке изделий.
Основными причинами механических травм на
производстве при сборочио-сварочных работах
могут быть: отсутствие приспособлений для
транспортировки и сборки тяжелых деталей;
неисправные транспортные средства (тележки,
крапы и т. д.); неисправный и непроверенный
такелаж (канаты, цепи, тросы, захваты и др.);
неисправный инструмент (кувалды, молотки,
зубила, ключи и т. д.); незнание и несоблюдение
персоналом основных правил по такелажным
работам.
При сборочно-сварочных работах чаще всего
наблюдаются травмы в виде ушибов и ранений
рук (от неумелого обращения с инструментом и
деталями) и ног (от падения собираемых дета-
лей). Правильно оснащенное рабочее место
сварщика должно полностью обеспечить рабо-
тающих от всяких механических повреждений.
При составлении технологии сборки и сварки
следует самым тщательным образом проду-
мать все проектируемые операции с точки зре-
ния безопасности работы.
§ 133. Техника безопасности
при плазменно-дуговой резке
Безопасность при выполнении дуговой свар-
ки и резки (включая плазменно-дуговую резку)
обеспечивается соблюдением «Правил техники
безопасности и производственной санитарии
при электросварочных работах», утвержденных
Президиумом ЦК профсоюза рабочих машино-
строения 8 января 1960 г.
Плазменно-дуговая резка требует особо
строгого соблюдения действующих правил экс-
плуатации электроустановок. Действующими
правилами допускается напряжение холостого
хода до 180 В при ручной и до 500 В при машин-
ной резке (в аппаратах с дистанционным управ-
лением).
Плазменно-дуговая резка сопровождается
сильным шумом, как правило, не превышающим
допустимого санитарными нормами. В случае
образования шума на уровне звукового давле-
ния 110—115 дБ (это возможно при высоких на-
пряжениях плазменной резки) необходимо при-
менение защитных устройств от шума. Сила
сварочного тока мало влияет на уровень шума.
Уровень шума сильно повышается с увеличе-
нием напряжения плазменной дуги, применяе-
мом при машинной резке. Уровень шума сни-
жается с увеличением расстояния от места го-
рения плазменной дуги. Поэтому при механизи-
рованной резке следует применять дистанцион-
ное управление и место оператора подобрать с
наименьшим шумом.
При ручной резке отдалить резчика от режу-
щей дуги невозможно. Поэтому ГОСТ ограни-
чивает напряжение дуги до 180 В. В отдельных
случаях резчики пользуются противошумными
наушниками ВЦНИИОТ-2 или противошум-
ной каской ВЦНИИОТ-2М с наушниками, за-
щищающимй резчика от шума интенсивностью
до 120 дБ (резчик при этом слышит разговорную
речь).
Плазменно-дуговая резка вызывает образо-
вание большого количества газов и паров от
разрезаемого металла. Большое содержание
в воздухе около резчика даже таких газов, как
азот и аргон, затрудняет дыхание и вызывает
удушье. Особенно опасны пары окислов меди
и цинка, образующиеся при резке меди и ла-
туней. Поэтому при резке сжатой дугой требу-
ется, кроме общеобменной, также и местная
вентиляция.
Наряду с газопылевыми выделениями и шу-
мами резка сжатой дугой сопровождается интен-
сивным излучением. Для защиты глаз операто-
ра-резчика применяют щитки с защитными
стеклами и очки со светофильтрами типа В-2
или В-3.
Другие опасности в виде взрыва сжатого
таза, ожогов брызгами расплавленного металла
и возникновения пожара всегда требуют особой
предосторожности при плазменно-дуговой
резке.
§ 134. Техника безопасности
при газовой сварке и резке
Основными источниками опасности при га-
зовой сварке и резке могут быть:
взрывы ацетиленовых генераторов от обрат-
ного удара пламени, если не срабатывает водя-
ной затвор (нужно следить за тем, чтобы водя-
ной затвор всегда был наполнен водой до над-
209
chipmaker.ru
лежащего уровня, и периодически проверять
его, открывая контрольный кран затвора);
взрывы кислородных баллонов в момент их
открывания, если на штуцере баллона или на
клапане редуктора имеется масло;
неосторожное обращение с пламенем горел-
ки; пламя может быть причиной загорания во-
лос, оди 11ы, ожога сварщика и пожара в поме-
щении;
ожоги глаз в случае, если сварщики не поль-
зуются светофильтрами;
отравления скопившимися вредными газа-
ми при отсутствии обменной вентиляции в по-
мещении.
При ручной и механизированной кислород-
ной резке, сварке и других процессах газопла-
менной обработки сварщики должны работать
в защитных очках со стеклами Г-1, Г-2 и Г-3,
а вспомогательные рабочие — со стеклами В-1,
В-2 и В-3, где < текла Г-3 и В-3 наиболее темные.
При выполнении газопламенных работ внут
ри отсеков, ям и резервуаров, где возможны
скопления вредных газов, должны работать пе-
реносные приточно-вытяжные вентиляторы.
Запрещается работать без водяного затвора
или при неисправном водяном затворе. Запре-
щается к одному водяному затвору присоеди-
нять несколько горелок или резаков.
Необходимо тщательно промывать ацетиле-
новый генератор от известкового ила не реже
двух раз в месяц при ежедневной работе гене-
ратора. Правила по обращению и уходу за ацети-
леновым генератором следует строго выпол-
нять согласно инструкции по эксплуатации дан-
ного генератора.
Запрещается переносить баллоны на плечах;
следует пользоваться специальными тележками
или носилками. Кислородные и ацетиленовые
баллоны должны всегда находиться в вертикаль-
ном положении. Следует предохранять их от
ударов.
Запрещается устанавливать баллоны на сшр-
це, возле отопительных приборов и других
источников тепла. При необходимости любой
баллон должен находиться на расстоянии не
менее 5 м от сварочной горелки или резака.
В качестве заменителей ацетилена не реко-
мендуется применять бензин (в крайнем слу-
чае только бензин А-66 с соответствующей
аппаратурой для него). Применение этилирован-
ного бензина запрещается во всех случаях газо-
пламенной обработки. К выполнению работ
с применением керосина, бензина и их смесей
могут допускаться только специально обучен-
ные рабочие, имеющие удостоверения завод-
ской квалификационной комиссии.
Применение жидких горючих на стапельных
работах, в судах и в замкнутых помещениях
(котлы, цистерны и др.) запрещается.
При работе на жидких горючих разрешается
пользоваться только бензомаслостойкими
шлангами по ГОСТ 9356—75 с Внутренним диа-
метром 6 мм и длиной не менее 5 м.
При выполнении работ по газовой сварке
и резке необходимо соблюдать соответствую-
щие «Правила техники безопасности и произ-
водственной санитарии при производстве аце-
тилена, кислорода и газопламенной обработке
металлов».
Контрольные вопросы
1. Каковы основные причины поражения человека
электрическим током?
2. Какие способы оказания помощи пострадавше-
му от тока Вы знаете?
3. Какая помощь необходима пострадавшему от
лучей дуги?
4. Какие основные правила техники безопасности
нужно соблюдать при плазменно-дуговой резке,
газовой сварке и резке?
5. Как выполняется искусственное дыхание?
Chipmaker.ru
chipmaker.ru
ЛИТЕРАТУРА
Chicfmaker.ru
Алексеев Е. К., Мельник В. И. Сварка
в промышленном строительстве- — М.' Стройиздат,
1977.
Антонов И. А. Газопламенная обработка
металлов. — М.: Машиностроение, 1976.
Бигеев А. М. Металлургия стали. — М.:
Металлургия, 1977.
Васильев К. В. Плазменно-дуговая резка.—
М.: Машиностроение, 1974.
ГлизманенкоД Л. Сварка н резка ме-
таллов.— М.: Высшая Школа, 1975.
ГоловченкоВ. С. и ДР- Тепловая резка
металлов в судостроении. — Л.: Судостроение, 1975.
Ерохин А. М. Основы сварки плавлением. —
М.: Машиностроение, 1973.
3 у е в В. М. Термическая обработка метал-
лов. — М_ Высшая школа, 1977
Контроль качества сваркц/Под ред. В. Н. Вол-
ченко. -М.: Машиностроение, 1975.
Нед о резов В. Е. Электросварочные маши-
ны.— Л.: Машиностроение, 1977.
Рыбаков В. М. Сварка и резка металлов. —
М.: Высшая школа, 1977.
Сергеев Н. П. Справочник молодого элек-
тросварщика. — М.: Высшья школа, 1975-
Технология электрической сварки металлов и
сплавов плавлением/Под ред. акад. Б. Е. Патона. —
М.: Машиностроение, 1974.
ТрофимовА. А.. Сухинин Г. К. Ма-
шинная кислородная резка. — М.: Машинострое-
ние, 1974.
Хренов К. К. СваргА. резка и пайка метал-
лов. — М.: Машиностроение, 1970.
Цукерман М. Б. Источники питания сва-
рочной дуги и электрошлакового процесса. — М.:
Высшая школа, 1974.
Ш е б е к о Л. П. Оборудование и технология
автоматической и полуавтоматической сварки. —
М.: Высшая школа, 1975.
Ш е б е к о Л. П. Производственное обучение
электрогазосварщиков. — М.: Высшая школа, 1972.
chipmaker.ru
ОГЛАВЛЕНИЕ
Chipmaker.ru
Введете ............................ 3
Глава I. Общие сведения о сварке.5
§ 1. Сущность и классификация процесса
сварки ............................... 5
§ 2. Краткая характеристика дуговой свар-
ки . .................................. 6
Глава II. Оборудование сварочного поста
для ручной дуговой сварки 9
§ 3. Сварочный пост .....................9
§ 4. Устройство сварочного трансформа-
тора .................................10
§ 5. Устройство сварочного выпрямителя И
§ 6. Устройство сварочного преобразова-
теля .................................11
§ 7. -Обслуживание источников питания
дуги ..................................12
§ 8. Принадлежности н инструмент свар-
щика 13
Глава III. Сварочная дуга..................15
§ 9. Основные сведения о сварочной дуге 15
§ 10. Способы зажигания дуги . . . . 18
§ 11. Перенос электродного металла на
изделие ...... 19
Глава IV. Металлургические процессы при
сварке .................................20
§ 12. Особенности металлургии сварки 20
§ 13. Загрязнение металла шва.....21
§ 14. Кристаллизация металла шва и об-
разование трещин ... 22
§ 15. Строение сварного соединения 23
§ 16. Микроструктура металла зоны тер-
мического влияния .....................24
§ 17. Места разрушения сварных соеди-
нений ............................... 25
Глава V. Электроды для дуговой сварки 26
§ 18. Виды электродов ................26
§ 19. Проволока стальная сварочная . . 26
§ 20. Стальные покрытые электроды . . 27
§ 21 Порошковая проволока ........ 30
§ 22. Неплавящиеся электроды . .31
Глава VI. Деформации н напряжения при
сварке ............................... 32
§ 23. Силы, деформации, напряжения и
связь между ними ..................... 32
§ 24. Возникновение напряжений и дефор-
маций при сварке...................... 33
§ 25. Основные мероприятия по уменьше-
нию деформаций и напряжений при
сварке ............................... 36
Глава VII. Сварные соединения и швы . . 40
§ 26. Виды сварных соединений .... 40
§ 27. Классификация сварных швов . . 42
§ 28. Условные обозначения швов свар-
ных соединений........................ 43
§ 29. Расчет сварных швов на прочность 44
Глава VIII. Техника ручной дуговой сварки 47
§ 30. Подготовка металла под сварку . . 47
§ 31. Сборка деталей под сварку .... 47
§ 32. Техника выполнения швов ... 51
§ 33. Выбор режима сварки ............ 54
§ 34. Наплавка валиков 55
§ 35. Сварка в нижнем положении ... 55
§ 36. Выполнение вертикальных, горизон-
тальных и потолочных швов 58
§ 37. Сварка тонколистовой стали . . 59
§ 38. Сварка электрозаклепками .... 60
§ 39. Сварка под водой................ 61
Глава IX. Материалы и аппаратура для га-
зовой сварки и резки ................... 62
§ 40. Газы, присадочная проволока и флю-
сы для газовой сварки................. 62
§ 41. Ацетиленовые.генераторы. Водяные
затворы .............................. 64
§ 42. Баллоны для сжатых газов .... 68
§ 43. Редукторы для сжатых газов. Рукава
(шланги) ............................. 69
§ 44. Сварочные горелки 71
Глава X. Сварочное пламя . . 75
§ 45. Структура ацетИлено-кислородного
пламени .............................. 75
§ 46. Виды пламени.................... 76
§ 47. Металлургические процессы при га-
зовой сварке ............. 76
Глава XI. Технология газовой сварки ... 77
§ 48. Области применения газовой сварки 77
5 49. Техника газовой сварки ......... 78
§ 50. Основы технологии газовой сварки. 78
Глава XII. Аппаратура для кислородной
резки................................... 81
212
chipmaker.ru
§ 51 Универсальные инжекторные резаки 81
.§ 52. Вставные резаки............................... 82
§ 53. Резаки для резки стали больших
толщин................................. 83
§ 54. Специальные резаки.............. 83
§ 55. Керосинорез....................................... 84
§ 56. Машины для кислородной резки 85
Глава XIII. Технология кислородной резки 88
§ 57. Сущность и классификация процесса
резки.................................. 88
§ 58. Основные условия резки металлов
окислением............................. 88
§ 59. Основные факторы, влияющие
на резку .............................. 89
§ 60. Режимы резки ......................... 90
§ 61. Техника резки 91
§ 62. Приемы резки ......................... 93
§ 63. Деформации при кислородной резке 95
§ 64. Качество кислородной резки 97
Глава XIV. Аппаратура и технология кисло-
родно-флюсовой резки..................... 99
§ 65. Сущность процесса и аппаратура для
резки .... ....... 99
% <Л>. улзта ................................ IftV
§ 67. Техника резки на установке УРХС-5 102
Глава XV. Плазменно-дуговая и другие виды
термической резки....................... 102
§ 68. Плазменно-дуговая резка 102
§ 69. Дуговая резка 106
§ 70. Подводная резка.................................. 107
§ 71. Виды термической резки бетона и
железобетона ... 108
Глава XVI. Сварка углеродистых и легиро-
ванных сталей........... . . . 111
§. 72. Краткие сведения о сталях 111
. § 73. Свариваемость металлов........ 111
§ 74. Сварка углеродистых конструкцион-
ных сталей......................................... 113
§ 75. Сварка низколегированных сталей 114
§ 76. Сварка среднелегированных сталей 116
§ 77. Сварка легированных теплоустойчи-
вых сталей ........................................ 117
§ 78. Сварка термически упрочненных ста-
лей ............................................... 119
§ 79. Сварка высоколегированных сталей
и сплавов . ... 120
Глава XVII. Сварка чугуна 124
§ 80. Свойства чугунов . .............................. 124
§ 81. Свариваемость чугунов 124
§ 82. Горячая сварка чугуна 125
§, 83. Холодная сварка-чугуна 128
§: 84. Пайка чугуна ................................... 129
. Глава XVIII. Сварка цветных металлов и их
сплавов............................ 131
§ 85. Сварка меди и ее сплавов .... 131
§ 86. Сварка алюминия и его сплавов 135
§ 87. Сварка титановых сплавов .... 138
§ 88. Сварка магниевых сплавов . . 138
Глава XIX. Наплавка ......... 139
§ 89. Классификация процессов наплавки 139
§ 90. Материалы для наплавки. Техника
дуговой наплавки....................... 139
§ 91. Наплавка газокислородным пламе-
нем .................................. 142
Глава XX. Особые виды высокопроизводи-
тельной ручной дуговой сварки .... 144
§ 92. Сварка высокопроизводительными
покрытыми электродами ................ 144
§ 93. Сварка сдвоенным электродом, гре-
бенкой электродов, трехфазной дугой 144
§ 94. Сварка с глубоким проплавлением 145
§ 95. Сварка лежачим и наклонным элект-
родами . . .................. 146
Глава XXI. Источники питания сварочной
дуги .............. 147
§ 96- Основные требования к источникам
питания дуги........................... 147
§ 97. Сварочные трансформаторы . . . 149
5 98. Сварочные преобразователи посто-
янного тока и сварочные агрегаты 153
§ 99. Многопостовые сварочные преоб-
разователи ............................ 157
§ 100. Сварочные выпрямители .... 158
§ 101- Электрическое оборудова гие для
нмпульсно-дуговой сварки .... 159
§ 102. Источники питания плазменной ду-
ги 160
§' 103. Транзисторные и тиристорные вы-
прямители ...................... 161
§ 104- Параллельное соединение источни-
ков питания ........................... 162
Глава XXII. Оборудование и технология по-
луавтоматической сварки плавящимся
электродом ............................ 164
§ 105- Устройство полуавтомата .... 164
§ 106- Расположение подающего механиз-
ма .................................... 164
§ 107- Особенности конструкции полуав-
томатов ............................... 165
§ 108- Технология полуавтоматической
сварки в углекислом газе и его
смесях ...................... 169
§ 109 Технология полуавтоматической
сварки порошковой и самозащит-
ной проволокой................. 172
§ 110- Ручная и полуавтоматическая свар-
ка арматурной стали в строитель-
стве .......................... 173
213
Глава XXIII. Оборудование и технология
ручной сварки вольфрамовым электродом
в инертных газах 175
§ 111. Сущность сварки в инертных газах 175
§ 112. Применяемые газы и электроды 175
§ 113. Аппаратура для ручной сварки не-
ллавящя^я вольфрамовым элект-
родом ..............................176
§ 114. Технология сварки вольфрамовым
электродом .........................177
Глава XXIV. Особенности ручной и полуав-
томатической дуговой сварки различных
конструкций...........................180
$ 115. Решетчатые конструкции .... 180
$ 116. Балочные конструкции ..........182
§ 117. Трубные конструкции 183
Глава XXV. Дефекты и контроль сварных
швов и изделий........................187
§ 118. Основные дефект сварных швов и
причины их возникновения .... 187
§ 119. Классификация видов контроля ка-
чества сварньп швов и сварных из-
делий .......................'. . . . 188
§ 120. Сущность основных видов неразру-
шающего контроля качества сварки 189
§ 121. Сущность основных разрушающих
видов контроля качества сварки 194
Глава XXVI. Специальные виды сварки . .
§ 122. Диффузионная сварка
§ 123. Электронно-лучевая сварка . . .
§ 124. Сварка лазерным лучом...........
§ 125. Прочие виды сварки .............
Глава XXVII. Сведения по механизации, ав-
томатизации и организации сварочного
производства ..........................
§ 126. Механизация сборочных работ
§ 127. Автоматизация процесса сварки
§ 128. Поточные линии по изготовлению
сварных изделий .....................
$ 129. Научная организация труда . .
§ 130. Нормирование времени и материа-
лов на сварку и резку................
Глава XXVIII. Техника безопасности и про-
тивопожарные мероприятия при сварке и
резке .................................
§ 131. Организация охраны труда на пред-
приятиях ............................
§ 132. Техника безопасности при дуговой
сварке ..............................
§ 133. Техника безопасности при плазмен-
ио-дуговой резке
§ 134. Техника безопасности при газовой
сварке и резке ...................
Литература ...............
chipmaker.ru
Chipmaker.ru
ВАСИЛИЙ
МИХАЙЛОВИЧ
РЫБАКОВ
СВАРКА
И РЕЗКА
МЕТАЛЛОВ
Научный редактор Н. П. Сергеев
Редактор Н. А. Сальникова
Художественный редактор В- И. Пономаренко
Технический редактор Н. В- Яшукова
Корректоры Т. А. ЖоржоДиаии и Г. Н. Буханова
ЦБ № 2030
Изд. № М-101. Сдано В набор 15.09.7S. Поди,
в печать 25.01.79. Т-03216. Формат 70x90/16. Бум.
типограф. Гарнитура Таймс. Печать офсетная.
Объем 15,80 усл. печ. л., 20,33 уч;-изд. л. Тираж
250.000 экз. Зак. № 722. Цена 50 коп.
Издательство «Высшая школа»,
Москва., К-51._ Неглинная ул., Д 29/14.
Текст набран на фотонаборных машинах.
Ярославский полиграфкомбннат Союзполиграф-
прома при Государственном комитете СССР по
делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
150014, Ярославль, ул. Свободы, 97.
chipmaker.ru
Chipmaker.ru
Издательство «ВЫСШАЯ ШКОЛА»
выпустит в свет в 1979 г.
для учащихся профессионально-технических училищ
следующие учебники и учебные пособия:
Алешин Н. П., ЩербинскийВ. Г. Радиационная и ультразву-
ковая дефектоскопия: Учеб, пособие. —4 л., ил.—15 к.
В пособии изложены сущность и области применения неразрушающих
методов контроля сварных швов и радиационной и ультразвуковой дефекто-
скопии; приведены сведения об аппаратуре, материалах, технологии кон-
троля механизации и автоматизации радиационной и ультразвуковой дефек-
тоскопии.
Учебное пособие предназначено для профессионально-технических учеб-
ных заведений, готовящих сварщиков.
Кабаиов Н. С. Сварка на контактных машинах: Учебник. — 3-е изд.,
перераб. и доп. — 16 л., ил. —В пер.: 60 к.
В книге приведены сведения о технологии контактной сварки, типоьом
оборудовании, инструменте и приспособлениях для стыковой, точечной,
рельефной и шовной сварки, изложен материал о монтаже, эксплуатации и
контроле работы сварочных машин л качестве сварных соединений.
Третье издание книги (2-е — в .1973 г.) дополнено сведениями о новых
достижениях в области контактной сварки.
Книга предназначена для профессионально-технических училищ.
ЩербинскийВ. Г., Алешин Н. П. Испытания на непроницае-
мость. Капиллярная и магнитная дефектоскопия: Учеб, пособие. — 2 л.,
ил. —10 к.
В пособии изложены основные сведения о контроле сварных швов испы-
танием на непроницаемость, а также капиллярной и магнитной дефектоско-
пией, описаны аппаратура и технологические процессы контроля.
Учебное пособие предназначено для профессионально-технических учебных
заведений, готовящих сварщиков.
Уважаемые читатели!
Издательство «Высшая школа» выпускает учебники, учебные и методи-
ческие пособия, плакаты. Подробнее познакомиться с учебной литературой
вам поможет аннотированный план выпуска литературы на 1979год (профтех-
образование), который имеется в книжных магазинах.
Предварительные заявки на книги вы можете сделать в магазинах Книго-
торга или потребительской кооперации.