Раздаточный материал: Основные сведения о сварке

ФКП ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ №57

ФИЛИАЛ №1

РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ

Профессия: Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки)).

КАЛУГА 2024г.

Основные сведения о сварке

1. Сварка - это технологический процесс получения неразъёмного соединения металлов посредством установления межатомных связей при их нагревании или пластическом деформировании.

2. Режим сварки – вид тока (переменный, постоянный), полярность (прямая, обратная), диаметр электрода, напряжение, сила сварочного тока, скорость перемещения электрода.

а) Выбор диаметра электрода

б) Выбор силы сварочного тока

3.Сварное соединение - это элемент сварной конструкции, состоящий из двух или нескольких деталей и сварного шва, соединяющего эти детали. Включает в себя: сварной шов, зону сплавления, зону термического влияния и основной металл.

Соединения различают: стыковые (обозначаются С), нахлёсточные (Н), тавровые (Т), угловые (У).

• Стыковые (С) – торцы или кромки располагаются так, что поверхность одной детали является продолжением другой.

Листы толщиной до 4мм свариваются односторонним швом, более 4мм и до 12мм – двусторонним

• Нахлёсточные (Н) – выполняют наложением одного элемента на другой. Величина перекрытия – удвоенная сумма толщин свариваемых кромок. Применяют при изготовлении колонн, мачт, ферм.

• Тавровые соединения (Т) – торец одной детали примыкает к поверхности другой детали под некоторым углом. Применяют для сварки металла толщиной 2 – 120мм.

• Угловые соединения (У) при расположении свариваемых элементов под прямым или произвольным углом, сварка выполняется по кромкам этих элементов. Применяются при сварке различных коробчатых изделий, резервуаров и ёмкостей из металла толщиной 1 – 100мм.

4. Сварные швы

Сварные швы подразделяются по следующим признакам:

• по положению относительно действующего усилия – на фланговые, лобовые и косые

• по положению в пространстве – на нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные

• по внешней форме – на выпуклые, нормальные и вогнутые

• по протяжённости – на непрерывные (сплошные) и прерывистые (цепной, шахматный)

5. Свариваемость - это свойство металла образовывать неразъёмное соединение, отвечающее требованием, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Свариваемость углеродистой стали зависит от содержания в ней углерода (С) и делится на 4 группы:

1. Хорошая: содержание углерода до 0,25% (Ст1, Ст2, Ст3, Ст4)

2. Удовлетворительная: содержание углерода от 0,25% до 0,35% (Ст5, Сталь30,35)

3. Ограниченная: содержание углерода от 0,35% до 0,45% (Ст6, Сталь40,45)

4. Плохая: содержание углерода от 0,45% и выше (Сталь50,55,60)

Самыми вредными примесями стали являются сера (образование трещин) и фосфор(хладноломкость)

6. Подготовка металла под сварку

Перед сваркой после подбора металла по размерам и маркам стали необходимо выполнить следующие операции: правку, резку, обработку кромок и очистку под сварку.

Для правки заготовок используют многовалковые, роликовые, растяжные машины; правильно-гибочные прессы кулачкового типа.

Резку металла производят механическим способом, термической разделительной резкой, газовой и плазменно-дуговой резкой.

Кромки подготавливают термическими и механическими способами.

Очистку поверхности металла под сварку применяют для удаления с поверхности металла средств консервации, загрязнений, смазочно-охлаждающих жидкостей, ржавчины, окалины, заусенцев, грата и шлака.

При сварке металла с неочищенной поверхностью возникают различные дефекты шва: поры и трещины, а также ухудшается формирование шва. Для очистки проката, деталей и сварных узлов используют механические и химические методы.

К механическим методам относятся: пескоструйная, дробеструйная и дробемётная обработка, зачистка металлическими щётками, иглофрезами, шлифовальными кругами и лентами.

К химическим методам относятся обезжиривание и травление поверхности свариваемых деталей.

Для предохранения металла от коррозии, кроме очистки, обычно пассивируют или грунтуют поверхности, что позволяет сваривать металл без удаления защитного покрытия.

7. Электрическая сварочная дуга: это устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и характеризуется высокой плотностью тока и температурой.

Способы зажигания сварочной дуги: касанием или чирканьем. Температура разогретых газов на катоде (минус) - 3000⁰, на аноде (плюс) - 4000⁰, температура столба сварочной дуги 6000 - 7000⁰.

Короткая дуга: 2-4мм, средняя 4-6мм, длинная свыше 6мм

8. Источники сварочной дуги в мастерской:

1. Сварочный трансформатор ТДМ – 305 (переменный ток)

Сварочный трансформатор с подвижными обмотками имеет магнитопровод, на обоих стержнях которого расположены по 2 катушки, одна с первичной обмоткой, а вторая с вторичной. Катушки первичной обмотки закреплены неподвижно в нижней части сердечника, катушки вторичной обмотки перемещаются по стержням с помощью винтовой пары. Сварочный ток регулируется изменением расстояния между первичными и вторичными обмотками. Максимальный сварочный ток – 300А, напряжение холостого хода – 70В.

1. Переносной сварочный инвертор ММА – 211 (постоянный ток)

Аппарат позволяет производить сварку всеми типами штучных покрытых электродов, и пригоден для сварки углеродистых, легированных, цветных металлов, а также чугуна. Сварочные аппараты оборудованы следующими функциями: пуск из горячего состояния (для облегчения поджига электрической дуги), форсаж дуги (для стабилизации горения дуги), защита от залипания электродов. Максимальный сварочный ток – 210А, напряжение холостого хода – 70В.

1. Переносной сварочный инвертер для полуавтоматической сварки МИГ – 206

Сварочный аппарат предназначен для полуавтоматической сварки в среде инертных газов (аргон, гелий) – MIG, активных газов (углекислота) – MAG, а также без использования защитных газов с применением самозащитной проволоки. Аппарат также может работать в режиме ручной дуговой сварки – ММА. Аппарат позволяет производить сварку различными видами сварочной проволоки: омедненной стальной, самозащитной, из нержавеющей стали, алюминиевой и др., а также всеми типами штучных покрытых электродов: рутиловыми, базовыми, из нержавеющей стали и др. Сварочный аппарат пригоден для сварки различных углеродистых сталей, чугуна, нержавеющей стали, меди и сплавов, а также других цветных металлов. Максимальный сварочный ток при MIG – 200А, при ММА – 180А, напряжение холостого хода – 67В.

9. Сварочные материалы.

Сталь - это сплавы железа с углеродом и другими элементами, содержащие менее 2,14% углерода (С), сплавы, с содержанием углерода (С) свыше 2,14% – называются чугунами.

Углеродистые стали

низкоуглеродистые стали – содержание углерода (С) – до 0,25%

среднеуглеродистые стали - содержание углерода (С) – от 0,25% до 0,6%

высокоуглеродистые стали - содержание углерода (С) – от 0,6% до 2,0%

Легированные стали (легирующие элементы – титан, хром, ванадий, молибден, алюминий, кремний и т.д.)

низколегированные стали – содержание легирующих элементов – около 2,5%

среднелегированные стали - содержание легирующих элементов – от 2,5% до 10%

высоколегированные стали - содержание легирующих элементов – свыше 10%

Электроды покрытые металлические систематизируют следующим образом:

1. По назначению:

• для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей - 9 типов (условное обозначение – У)

• для сварки легированных конструкционных сталей (условное обозначение – Л)

• для сварки легированных теплоустойчивых сталей (условное обозначение – Т)

• для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами (условное обозначение – В)

• для наплавки поверхностных слоёв с особыми свойствами (условное обозначение – Н)

2. По толщине покрытия:

• с тонким покрытием (условное обозначение – М)

• со средним покрытием (условное обозначение – С)

• с толстым покрытием (условное обозначение – Д)

• с особо толстым покрытием (условное обозначение – Г)

3. По виду покрытия:

• кислое покрытие – А (АНО-1, СМ-5) – содержат руды в виде окислов железа и марганца

• рутиловое покрытие – Р (АНО-3, АНО-4, МР-3, ОЗС-4) – имеют основным компонентом рутил (диоксид титана)

• целлюлозное покрытие – Ц (ВСЦ-1, ВСЦ-2, ОМА-2) – содержит органические компоненты

• основное покрытие – Б (УОНИИ-13, ДСК-50) – составлено на основе плавикового шпата и мрамора

4. По допустимым пространственным положениям сварки и наплавки:

• для всех положений – 1

• для всех положений, кроме вертикального «сверху вниз» – 2

• для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального «снизу- вверх» – 3

• для нижнего и нижнего в «лодочку»

5. По роду тока:

постоянный или переменный, по полярности постоянного тока (прямая – на электроде «минус», на детали «плюс»; обратная – на электроде «плюс», на детали «минус»), по номинальному напряжению холостого хода.

Сварочная проволока

Изготавливают стальную холоднотянутую проволоку круглого сучения диаметром от 0,3 до 12мм.

По химическому составу стальная проволока делится на 3 основные группы:

• углеродистая (6 марок) – для сварки низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и некоторых низколегированных сталей

• легированная (30 марок) - для сварки низколегированных, конструкционных и теплостойких сталей

• высоколегированная (41 марка) – для сварки хромистых, хромоникелевых и нержавеющих сталей

Проволока маркируется индексом Св (сварочная), буквами и цифрами.

Буквы обозначают легирующие примеси: Г-марганец, С-кремний, Х-хром, Н-никель, М-молибден и т.д.

Первые 2 цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента, а цифры после буквы – количество данного элемента в %. Отсутствие цифры после буквы означает, что этого элемента менее одного %. Буква А в конце марки указывает на пониженное содержание вредных примесей (серы и фосфора).

Медь и её сплавы сваривают проволокой из меди и сплавов на медной основе. Алюминий и его сплавы свариваются сварочной проволокой из алюминия и его сплавов. Сварочная проволока, не требующая при сварке дополнительной защиты (углекислый газ, газовые смеси, аргон, гелий и др.), называется самозащитной.

10. Сварка сталей

Сварка углеродистых сталей

Наиболее широко при сварке металлоконструкций из углеродистых сталей применяют электроды типа Э46 (МР-3, АНО-3, АНО-4) с рутиловым покрытием и электроды с основным покрытием типа Э42А и Э50А (УОНИИ-13/45, СМ-11 и УОНИИ-13/55).

Для сварки металла толщиной до 5мм, а также корневых швов применяются электроды диаметром не более 3мм, при толщине металла до 10мм и более электроды диаметром соответственно 4мм и более.

Для сварки углеродистых сталей толщиной до 4мм, а также поворотных и неповоротных стыков труб в углекислом газе применяют сварочную проволоку диаметром 0,5-1,2мм, а для сварки больших толщин диаметром 1,4-2,0мм.

Сварка низколегированных сталей

Вручную низколегированные стали сваривают электродами типа Э50А или Э55А (УОНИИ -13/55 или ДСК – 50), лучшие результаты даёт сварка постоянным током обратной полярности. Рекомендуется применять электроды диаметром 4-5мм. Чтобы, предупредить перегрев стали, нужно выполнять сварку при сварочных токах 40-50А на 1мм электрода.

В защитном газе сварка выполняется при постоянном токе обратной полярности. Рекомендуется сварочная проволока диаметром 1.2-2,0мм марки Св - 08Г2С или Св – 10Г2, а для сталей, содержащих хром и никель, Св-08ХГ2С, Св-08ГСМТ

Сварка средне- и высоколегированных сталей

Сварка этих видов сталей затруднена так как происходит частичное выгорание легирующих примесей и углерода, возможен перегрев металла, большой коэффициент линейного расширения может вызвать значительные деформации и напряжения, связанные с тепловым влиянием дуги. Для устранения влияния этих причин необходимо:

• тщательно подготавливать изделия под сварку

• сварку вести при больших скоростях, чтобы не допускать перегрева металла

• применять термическую обработку для снижения внутренних напряжений

• применять легирование металла шва через электродную проволоку и покрытие с целью восполнения выгорающих в процессе сварки примесей

Электроды изготавливают из высоколегированной сварочной проволоки, применяют основное покрытие (тип Б). Сварку производят постоянным током обратной полярности, сварочный ток 25-40А на 1мм диаметра электрода. Длина дуги должна быть возможно короткой.

Для полуавтоматической сварки применяют сварочную проволоку марок Св-08ХМ, Св-10Х5М, и Св-18ХМА. При сварке необходим предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 250-300⁰ С, применяют присадочную проволоку типа Св-10ХГ2СМА.

11. Сварка чугуна

Чугун – сплав железа с углеродом (углерода более 2,14%) и другими элементами (марганец, кремний, сера, фосфор). Специальные чугуны имеют также легирующие примеси: никель, хром, медь, титан и алюминий. Различают горячую и холодную сварку чугуна.

Горячая сварка – сварка с предварительным нагревом. Предварительный нагрев уменьшает разность температур основного металла и металла в зоне соединения, тем самым снижаются температурные напряжения и снижается скорость охлаждения сплава после сварки, что способствует предупреждения отбела и получению шва хорошего качества.

Подготовка к сварке состоит из вскрытия, вырубки и тщательной зачистки разделки шва до чистой поверхности металла. Вскрытие и очистку разделки шва (дефектного места) выполняют механическим путём – вырубкой или сверлением. Трещины разделывают V- или U- образной формы. Разделка дефектного участка должна иметь плавные формы. Для сварки чугунов применяют чугунные прутки марки ПЧ. Сварку выполняют на постоянном токе прямой полярности, однако можно сваривать и переменным током. При толщине металла до 20мм сварку производят электродами диаметром 6мм, при толщине 20-40мм электродами 8мм, а при толщине свыше 40мм – электроды диаметром 10мм. Сварочный ток определяется из расчёта 50-60А на 1мм диаметра электрода. Сварка с предварительным нагревом является самым надёжным способом предупреждения дефектов чугунных изделий любого размера и конфигурации.

Холодная сварка – сварка чугуна без предварительного нагрева. Применяют тогда, когда трудно или экономически нецелесообразно производить сварку с предварительным нагревом из-за больших габаритов изделия, опасности коробления и возникновения больших внутренних напряжений

При сварке стальными электродами для усиления металла шва с основным металлом применяют постановку шпилек (ввёртышей). Завариваемый шов тщательно очищают от грязи и масла и в зависимости от толщины металла и назначения шва применяют V- или X- образную разделку. На обработанной поверхности ставят стальные шпильки диаметром 6-12мм в шахматном порядке на расстоянии друг от друга в 4-6 диаметров шпильки. Заварку шва начинают с обварки шпилек кольцевыми валиками, а затем накладывают круговые швы и окончательно заполняют завариваемый шов металлом. Сварку производят короткими участками (40-60мм) вразброс с перерывами, чтобы не допустить нагрева детали выше 60-80⁰С. Сварочный ток составляет 30-40А на 1мм диаметра электрода. Диаметр электродов 3-4мм с покрытием типа УОНИ-13. Ток постоянный обратной полярности. В целях повышения графитизирующего действия иногда сварку производят пучком электродов малого диаметра. В зависимости от толщины свариваемого металла пучок электродов составляется из 5-20 стержней диаметром 1-2мм. Сварочный ток определяют из расчёта 10-12А на 1мм сечения пучка электродов.

12. Сварка цветных металлов.

Сварка меди

Свариваемость меди зависит от наличия в металле примесей – висмута, свинца, сурьмы и мышьяка. Наилучшей свариваемостью обладает чистая электролитическая смесь. Расплавленная медь легко окисляется, поглощает водород и оксид углерода. При охлаждении в объёме металла выделяются пузырьки паров воды и углекислого газа, которые не растворяются в меди. эти газы, расширяясь, создают большое внутреннее давление, которое приводит к образованию трещин. Это явление получило название ВОДОРОДНАЯ БОЛЕЗНЬ МЕДИ. Ручная дуговая сварка меди выполняется только в нижнем положении металлическим или угольным электродом. Металлические электроды изготавливают из меди М1. Сварку выполняют возможно короткой дугой на постоянном токе обратной полярности. Сварочный ток определяется из расчёта 50-60А на 1мм диаметра электрода

Сварка латуни (сплав меди с цинком)

При сварке латуни плавящимся электродом применяют проволоку из латуни, которая содержит цинк, марганец, алюминий, железо, медь. Покрытие состоит из двух слоёв. Первый слой толщиной 0,2-0,3мм состоит из марганцевой руды, титанового концентрата, ферромарганца, мела и сернокислого калия. Второй слой толщиной 0,8-1,1 состоит из борного шлака, замешанного на жидком стекле. Сварку ведут таким же способом, как и медь. Основная опасность при сварке – выделение цинка, пары которого в воздухе образуют ядовитые оксиды.

Сварка бронзы (сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, цинком и свинцом)

При сварке специальных бронз применяют прутки, изготовленные из бронз свариваемых марок или близким им по химическому составу. Ток постоянный прямой полярности. Сварку фосфористой бронзы выполняют прутками из олова, фосфора и меди. Ток постоянный обратной полярности. При диаметре прутка 6-8мм сварочный ток 200-300А. Рекомендуется предварительный подогрев свариваемых деталей до температуры 250-300⁰ С. Допускается лёгкая проковка сварного шва для улучшения качества.

Сварка алюминия

Трудности сварки алюминия и его сплавов вызываются наличием на поверхности свариваемых кромок тугоплавкой оксидной плёнки (температура плавления 2050⁰ С), препятствующей сплавлению основного и присадочного материала. Удаление оксидной плёнки производят тремя способами

• механическим (наждачным инструментом, металлической щёткой, шабрением)

• химическим (травлением, применением флюсов)

• электрическим (сварка постоянным током обратной полярности или переменным током)

При сварке плавящимся электродом применяют стержни из сварочной проволоки СвА97, СвАМц, СвАК5 или проволоки из сплава того же состава, что и свариваемый материал. Сварку производят постоянным током обратной полярности с возможно короткой дугой. Сварочный ток определяют из расчёта 15-30А на 1мм диаметра электрода.

13. Наплавка деталей

Наплавкой называется процесс нанесения с помощью сварки на поверхность детали слоя металла для восстановления её первоначальных размеров либо для придания поверхности специальных свойств. Для получения заданных свойств чаще всего применяются специальные наплавочные электроды. Ручная дуговая наплавка выполняется покрытым плавящимся или неплавящимся электродом. Плавящиеся наплавочные электроды применяются в соответствии с назначением каждого типа и марки. Неплавящиеся электроды применяют при наплавке на поверхность детали порошковой смеси. Ручная наплавка малопроизводительна и применяется при наплавке деталей сложной конфигурации. Процесс наплавки начинается с тщательной очистки деталей от грязи, масла, краски. Наплавку производят электродами с диаметром стержня 4-5мм. Сварочный ток составляет 160-200А, напряжение дуги 22-26В. Чаще всего наплавку производят в аргоне или углекислом газе плавящимся или неплавящимся электродом. Наплавку производят короткой дугой постоянным током обратной полярности.

14. Резка стальным электродом.

Резка стальным электродом основана на выплавлении металла из зоны резания теплотой электрической дуги. Электроды изготавливают из проволоки марки Св-08 или Св-08А диаметром 2,5-6мм и длиной 250-300мм. При диаметре электрода 5мм ток достигает 300-350А. Применяют электроды марки ОЗР-1, позволяющие резать металлы в любом пространственном положении. Ток постоянный или переменный.

15. Контроль качества сварки.

Дефекты и их виды.

Дефекты сварных швов являются следствием неправильного выбора или нарушения технологического процесса, применение некачественных сварочных материалов и низкой квалификации сварщика. дефекты подразделяются на внутренние и внешние. Внешние дефекты:

• нарушение установленных размеров и формы шва (низкая квалификация сварщика, плохая подготовка свариваемых кромок, неправильный выбор сварочного тока, низкое качество сборки под сварку.

• непровар (низкая квалификация сварщика, некачественная подготовка свариваемых кромок, смещение электрода к одной из кромок, быстрого перемещения электрода по шву

• подрез (образуется при сварке большим током или удлинённой дугой, неправильном положении электрода)

• прожёг (большой сварочный ток, малая толщина основного металла, малое притупление свариваемых кромок, неравномерный зазор по длине)

• наплыв (низкая квалификация сварщика, недоброкачественные электроды, несоответствие скорости сварки и сварочного тока разделки шва)

Внутренние дефекты:

• внутренние поры (плохая подготовка свариваемых кромок, сырые электроды, большая скорость сварки)

• неметаллические включения (малый сварочный ток, недоброкачественные электроды, загрязнённые кромки)

• внутренние трещины (неравномерный нагрев металла, повышенное содержание в стали серы и фосфора)

Методы устранения дефектов сварки:

• неполномерность шва – наплавка дополнительного слоя металла

• чрезмерное усиление шва – устраняют с помощью абразивного инструмента или пневматического зубила

• непровар, кратер, пористость, неметаллические включения – устраняют путём вырубки пневматическим зубилом или абразивным инструментом с последующей заваркой

• подрез – заваривают тонкими валиковыми швами

• наплыв – устраняют обработкой абразивным инструментом или с помощью пневматического зубила

• наружные трещины – устраняют разделкой и последующей заваркой. Для предупреждения распространения трещины по концам её сверлят отверстие. Разделку трещины выполняют зубилом или резаком

• внутренние трещины – швы вырубают и заваривают заново.

• сетка трещин – дефектный участок вырезают и взамен сваркой накладывают заплату.

Способы контроля качества

Вид контроля:

• предварительный – проверка качества исходных материалов

• текущий – в процессе выполнения сварочных работ

• окончательный

Метод контроля:

• внешний осмотр – производят невооружённым глазом или с помощью лупы с десятикратным увеличением. Размеры сварных швов проверяют шаблонами и мерительным инструментом

• металлографические испытания – сверлят и протравливают отверстие в течении 1-3 минут 10%-ным водным раствором двойной соли хлорной меди и аммония. Протравленную поверхность осматривают невооружённым глазом или с помощью лупы

• химический анализ – определяет состав основного и наплавленного металла и электродов и их соответствия ТУ

• механические испытания – производят либо специально сваренных контрольных образцах, либо на образцах, вырезанных из сварного соединения. Определяют предел прочности на растяжение, ударную вязкость, твёрдость и угол загиба

• рентгенодефектоскопия – основана на различном поглощении лучей металлом и неметаллическими включениями

• магнитный метод контроля – основан на создании неоднородного магнитного поля с образованием потоков рассеяния в местах расположения дефектов шва при намагничивании контролируемого изделия

• ультразвуковой метод – основан на способности ультразвуковых колебаний проникать в толщу металла на значительную глубину и отражаться от неметаллических включений и других дефектных участков шва

• капиллярный метод – наносят индикаторную жидкость, излишки стирают и наносят проявитель. Если есть дефект, то появятся его очертания