Сварочные работы

Способы сварки и виды сварных соединений

Сваркой называется технологический процесс, в результате кото­рого достигается неразъемное соединение деталей из металлов и их сплавов или из разнородных материалов (металлов с неметаллами).

В зависимости от состояния металла в процессе сварки все су­ществующие сварочные процессы могут быть разделены на следу­ющие группы:

· термические (сварка плавлением), при которых металлы в ме­сте соединения расплавляются;

· механические, при которых металлы соединяются в результате совместной пластической деформации в месте их контакта;

· термо-механические, сопровождающиеся нагреванием и воз­действием давления.

Сварка плавлением

В зависимости от характера источника тепло­ты, используемого для нагревания и расплавления металла, разли­чают электрическую, химическую и литейную сварку плавлением.

Электрическая сварка плавлением, при которой в качестве источника теплоты используется электрический ток, делится на дуговую, электрошлаковую и электронно-лучевую. При электриче­ской дуговой сварке нагревание и плавление металла осуществляется за счет тепла, выделяемого сварочной дугой. При электрошлако­вой сварке используется теплота, которая выделяется током при прохождении через расплавленный флюс (шлаковую ванну), При электронно-лучевой сварке металл разогревается теплом, которое выделяется при резком торможении быстродвижущихся в вакууме электронов в момент внедрения их в свариваемый металл. Химическая сварка включает в себя процесс нагревания металла и расплавления его теплом, выделяющимся при сгорании различных горючих веществ, и может быть газовой и термитной. При газовой сварке используется теплота сгорания различных газов — ацетилена, водорода и др. при термитной сварке металл нагревается теплом от сгорания порошкообразной горючей смеси.

При литейной сварке расплавленный в специальных печах при­садочный металл заливают между соединяемыми деталями. Кром­ки соединяемых деталей расплавляются, и металлы сплавляются. В зависимости от источника теплоты термомеханическую свар­ку давлением подразделяют на электрическую (контактную), ин­дукционную, газовую, горновую. Механическая сварка широкого рас­пространения на строительных площадках не получила.

Типы сварных соединений и швов

В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов сварные соединения бывают стыковыми, нахлестными, угловыми, тавровыми и др. Сварные швы по форме могут быть выпуклыми, плоскими и вогнуты ми; по протяженности сплошными и прерывистыми; по числу слоев однослойными и многослойными; по расположению в пространстве нижними, горизонтальными, вертикальными и шпоночными. Основные типы соединений и швов приведены на рис. 9.1.

Кромкам свариваемых изделий толщиной более 8 мм прида­ется скошенная форма, а места сварки очищаются и обезжириваются.

Арматурные стержни стыкуются внахлестку или с накладками. Однако из за большого расхода металла и электродов объем сва­рочных работ в строительстве такими способами следует сокращать.

Рис. 9.1. Основные виды сварных соединений и швов: а, б, в — соединения пластинок встык, внахлестку, под углом; г, д — соединение арматуры нахлесткой; е, ж — то же, с накладками; d — диаметр арматуры; —толщина детали

Ручная электродуговая сварка

Это самый распространенный вид сварки в строительстве. Рас­плавление металлов осуществляется при температуре до 6000 °С под действием электрической дуги, возникающей в месте контак­та электрода со свариваемыми деталями.

Высокая температура при расплавлении металла в электри­ческой дуге вызывает распад молекул воздуха. Выделившиеся при этом атомы и ионы газов очень активны и, соприкасаясь с рас­плавленным металлом, образуют соединения, ухудшающие ка­чество шва. Необходимо изолировать расплавленный металл от контакта с воздухом, для чего регулируют скорость охлаждения шва, вводят в расплавленный металл различные присадки, леги­руют электроды.

Если разогревание основного металла недостаточно, то рас­плавления металлов не происходит. Такое явление называется непроваром. При чрезмерном разогревании может произойти вы­горание углерода и других компонентов стали. Такое явление на­зывают пережогом. Непровар и пережог резко снижают прочность стыка.

Дуговая сварка выполняется на переменном и постоянном токе, когда деталь присоединяется к положительному полюсу (прямая полярность), в качестве источника тока используются выпрями­тель или преобразователь, а при отсутствии источника электрото­ка — передвижной сварочный агрегат, состоящий из генератора и двигателя внутреннего сгорания на бензине, керосине или дру­гом топливе. Чтобы не прожечь тонкие листы, при сварке приме­няют обратное соединение (плюс на электроде). Такое соедине­ние называется соединением с обратной полярностью.

Экономически более выгодна сварка на переменном токе; на постоянном токе сваривают только наиболее ответственные кон­струкции.

Сварка может вестись угольными мчи металлическими электродами. Обычно при электродуговой сварке металлических конструкций предпочтение отдается металлическим электродам с обмазкой.

Дня малоуглеродистых сталей используются электроды Э42, Э42А, Э46, Э46А. Цифры за буквой Э указываю гарантированный предел прочности сварного шва (кг/мм²). Каждому типу элек­трода может соответствовать одна или несколько марок электродов. Например, типу Э42 соответствуют электроды марок АНО-6М; МР-3; УОНИ—13/45 и др.

Полуавтоматическая и автоматическая электросварка

Ванная сварка

Сварку арматурных стержней диаметром более 20 мм рекомендуется осуществлять в съемных медных формах, в которых металл сохраняется в жидком состоянии.

В формы засыпается порошок (флюс), который, расплавляясь под действием высокой температуры, защищает жидкий металл сварного шва от контакта с атмосферным воздухом.

Ванная сварка под слоем флюса может вестись в ручном и полу­автоматическом режиме (рис. 9.2, а, б). При ручной сварке все ра­боты выполняются вручную, при полуавтоматической сварке свароч­ная проволока автоматически подается с помощью полуавтоматов.

Технологическая последовательность операций сварочного процесса такова: устанавливаются две полуформы и скрепляют­ся скобой; засыпается флюс; под флюсом зажигают дугу и про­изводят сварку, подсыпая флюс; форму снимают через 5…10 мин после окончания сварки.

Автоматическая сварка под слоем флюса отличается от полуав­томатической тем, что кроме проволоки сам автомат перемеща­ется вдоль свариваемых кромок.

Электрошлаковая сварка

Под флюсом зажигается сварочная дуга; флюс расплавляется, образуется электропроводный шлак, обла­дающий высоким сопротивлением.

Сварочная дуга гаснет (шунтируется), а ток, проходя по элек­тропроводному шлаку, выделяет тепло для плавления. Расплав­ленный металл, кристаллизуясь, образует сварной шов.

Дуговая сварка в защитном газе

В зону дуги подается аргон или углекислый газ, который преграждает доступ воздуха к металлу.

Газ и сварочная проволока подаются в зону электрической дуги автоматически (см. рис. 9.2, в). Во избежание окисления металла в состав сварочной проволоки включены присадки марганца и кремния.

Несмотря на ряд положительных свойств (высокая производи­тельность и качество работ) этот вид сварки применяют редко из-за сложности работы под открытым небом.

Контактная сварка

Свариваемые соединения расплавляются за счет теплоты, выделяемой при прохождении тока через сжа­тые контактируемые места. Контактную сварку подразделяют на стыковую, точечную, рельефную, шовную (рис, 9.3). Применяется такая сварка в основном на заводах.

Рис. 9.2. Полуавтоматическая сварка арматурных стыков: а, б- ванная сварка вертикальных и горизонтальных стыков; в — сварка в среде защитного газа; 1 — скоба; 2 — шлаковая ванна; 3 — стык; 4 – держатель; 5 -электродная проволока; 6- полуформы; 7- арматура; 8 — колонна; 9- кондук­тор; 10 сваренный стык; 11 — реостат; 12 — катушка со сварочной проволокой; 13- баллон с газом; 14- шланг; 15 — свариваемый стык

Рис. 9.3. Виды контактной сварки:

а — стыковая; б — точечная; в — рельефная; г — шовная; Р_сж — сила сжатия; Р_ос — осевое сжатие; 1 — свариваемое изделие; 2 — электроды; 3 — свариваемый шов; 4 — источник питания; 5 — контактная плита

Газовая сварка и резка металлов

При газовой сварке осуществляется одновременное плавление металла и присадочного прутка газово-кислородным пламенем. В качестве горючего применяют ацетилен, водород, смесь пропан-бутана, пары бензина и керосина, городской светильный и другие газы.

Газовой сваркой не рекомендуется сваривать нахлесточные и тавровые соединения, а шов значительной протяженности из-за высокой температуры нагрева следует выполнять отдельными уча­стками.

Газ поступает на строительную площадку в баллонах, окра­шенных в разные цвета: кислород в голубых, водород в зеленых, пропан-бутан в красных, углекислота в черных, ацетилен в белых и т.д. Ацетилен, кроме этого, может быть получен из карбида кальция при взаимодействии его с водой в ацетиленовом генера­торе:

Карбид кальция + Вода = Ацетилен + Гашеная известь

СаС₂ + 2Н₂0 = С₂Н₂ + Са(ОН)₂

Газовая резка металла осуществляется кислородом.

Контроль качества и приемка сварочных работ

Основной причиной образования дефектов сварки является нарушение технологии сварки, т. е. применение несоответствую­щих сварочных материалов, неправильный выбор режима свар­ки, низкая квалификация сварщика или небрежное отношение к работе.

Наружные дефекты сварки могут быть выявлены внешним ос­мотром готового сварного изделия: отклонения в размерах швов и соединений, наплывы, подрезы, непровары, свищи, наружные трещины и другие дефекты.

Неплотность шва может быть определена следующими спосо­бами: шов с одной стороны окрашивают мелом, с другой — смачи­вают керосином. Через 20…50 мин при неплотном шве на мело­вой отметке появляются жирные пятна;

сварные изделия, которые могут быть герметизированы, за­полняют водой под давлением, превышающим рабочее давление в 1,5 …2 раза. Неплотности сварных швов обнаруживаются через 5 мин и проявляются появлением течи или мелких капелек на поверхности (потение).

Внутренние дефекты определяют в результате механических ис­пытаний, методами ультразвуковой дефектоскопии и просвечи­вания рентгеновскими или гамма-лучами.

О наличии дефектов судят по характеру кривых на экране ос­циллографа (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Характер кривых на экране осциллографа при дефектах в сварных швах:

а — без дефектов; б — раковина; в — включения