Последовательность выполнения сварочных работ
Подготовка деталей к сварке. Детали, предназначенные для сварки, должны быть очищены от масляных пятен, грязи и других посторонних частиц. Особенно тщательно очистку следует выполнять в околошовной зоне, так как любые посторонние частицы, загрязняющие сварочную ванну, могут отрицательно сказаться на качестве сварного соединения. Кромки деталей стачивают под углом шлифовальной машинкой или напильником. Тип и угол разделки кромок определяют количеством необходимого для заполнения разделки электродного металла, а зазор между ними зависит от толщины свариваемых деталей, марки материала, способа сварки и т.д. Минимальный зазор выдерживают при сварке без присадочного материала, т.е. неплавящимся электродом. При сварке плавящимся электродом зазор обычно устанавливают в пределах 1—5 мм. Чем больше зазор, тем глубже проплавление свариваемых кромок. Тип и угол разделки свариваемых кромок определяют массу необходимого электродного материала для заполнения разделки, а следовательно, и производительность сварки. Наилучшее формирование сварочного шва обеспечивает Х-образная разделка кромок, которая позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6—1,7 раза. Такая разделка обеспечивает наименьшую деформацию после сварки и достаточную прочность сварочного шва. Для предотвращения прожогов и для правильного формирования шва кромки после разделки притупляют. Свариваемые детали совмещают между собой и плотно сжимают любым доступным механическим способом. Чаще всего используют тиски различных конструкций, струбцины, системы пазов и т.д. Сварка серийных деталей выполняется в приспособлениях, изготовленных по индивидуальным чертежам. При автоматической сварке часто применяют манипуляторы, обеспечивающие высокую точность предсварочной сборки.
Детали располагают так, чтобы место сварочного шва было наиболее доступно для электрода или горелки. Небольшие детали следует надежно закрепить. Объемные металлические конструкции перед сваркой собирают согласно чертежу, временно закрепляют сопряжения и окончательно совмещают соединяемые элементы. Связи собирают на болтах, что позволяет придать конструкции правильную геометрическую форму. Элементы листовых конструкций устанавливают в требуемое положение и фиксируют временными жесткими и полужест- кими креплениями. Жесткие крепления — это прихватки, выполняемые дуговой сваркой, длиной 50—100 мм через 400—500 мм. Прихватки осуществляют тем же способом и с применением тех же сварочных материалов, которые в дальнейшем будут использоваться при сварке. Прихватки целесообразно накладывать с противоположной основному шву стороны, чтобы удалить их в процессе обработки корня шва. Прихватки, накладываемые со стороны основного шва, следует перед сваркой зачистить до металлического блеска и тщательно проверить, нет ли на них трещин и других дефектов.
Последовательность выполнения ручной дуговой сварки. Правильное поддержание дуги и ее перемещение являются залогом качественной сварки. Слишком длинная дуга способствует окислению и азотированию расплавленного металла, разбрызгивает его капли и создает пористую структуру шва. Красивый, ровный и качественный шов получается при правильном выборе длины дуги и равномерном ее перемещении, которое может происходить в трех основных направлениях.
Поступательное движение сварочной дуги происходит по оси электрода. Посредством этого движения поддерживается необходимая длина дуги, которая зависит от скорости плавления электрода. По мере плавления электрода его длина уменьшается, а расстояние между электродом и сварочной ванной увеличивается. Поэтому электрод следует продвигать вдоль оси, поддерживая постоянной длину дуги. Очень важно при этом поддерживать синхронность, т.е. электрод продвигается в сторону сварочной ванны синхронно с его укорочением.
Продольное перемещение электрода вдоль оси свариваемого шва формирует ниточный сварочный валик, толщина которого зависит от диаметра электрода и скорости его перемещения. Обычно ширина ниточного сварочного валика бывает на 2—3 мм больше диаметра электрода. Для прочного сварного соединения этого шва бывает недостаточно, в связи с чем по мере перемещения электрода вдоль оси сварочного шва выполняют третье движение, направленное поперек сварочного шва.
Поперечное движение электрода позволяет получить необходимую ширину шва. Его совершают возвратно-поступательными колебательными движениями. Ширина поперечных колебаний электрода определяется в каждом случае индивидуально и во многом зависит от свойств свариваемых материалов, размера и положения шва, формы разделки и требований, предъявляемых к сварному соединению. Обычно ширина шва составляет 1,5—5,0 диаметров электрода.
Таким образом, все три движения накладываются друг на друга, формируя сложную траекторию перемещения электрода. Траекторию перемещения дуги следует выбирать таким образом, чтобы при проплавлении кромок свариваемых деталей образовывалось требуемое количество наплавленного металла и шов имел заданную форму. Если шов не будет закончен до того, как длина электрода уменьшится настолько, что потребуется его замена, то сварку на время прекращают. После замены электрода следует удалить шлак и возобновить сварку. Для завершения оборванного шва зажигают дугу на расстоянии 12 мм от углубления, образовавшегося на конце шва и называемого кратером. Электрод возвращают к кратеру, чтобы образовать сплав старого и нового электродов, а затем снова перемещают электрод по первоначально выбранной траектории.
Порядок заполнения шва по сечению и длине определяет способность сварного соединения воспринимать заданные нагрузки, влияет на уровень внутренних напряжений и деформаций в массиве шва. Швы бывают: короткие, длина которых не превышает 300 мм и которые заполняют за один проход — от начала шва до его конца, средние — длиной 300—1000 мм, заполняемые обратноступенчатым методом или от середины к концам, и длинные — свыше 1000 мм. Для выполнения обратноступенчатого метода заполнения шов разбивают на участки длиной 100—300 мм. На каждом из них заполнение шва выполняют в направлении, обратном общему направлению сварки. Если для нормального заполнения шва одного прохода сварочной дуги мало, накладывают многослойные швы. Если число накладываемых слоев равно числу проходов, шов называют многослойным; если некоторые слои выполняют за несколько проходов, такие швы называют многослойно-проходными. Для уменьшения напряжения и деформаций применяют сварные швы минимального сечения, сварку многослойными швами, наложение швов «горкой» или «каскадными методами», принудительное охлаждение или подогрев.
При сварке «горкой» сначала у основания разделанных кромок прокладывают первый слой, длина которого должна быть не более 200—300 мм. После этого первый слой перекрывают вторым длиной на 200—300 мм больше, чем первый. Точно так же накладывают третий слой, перекрывая второй на 200— 300 мм. Так продолжают заполнение до тех пор, пока число слоев в зоне первого шва не окажется достаточным для заполнения. Следующий слой накладывают в месте окончания первого слоя, перекрывая последний (если позволяет длина шва) на 200—300 мм. Если первый шов прокладывался не в начале шва, а в его средней части, то «горку» формируют последовательно в обоих направлениях. Формируя горку, последовательно заполняют весь шов.
«Каскадный метод» заполнения шва по существу является той же «горкой», но его выполняют в несколько другой последовательности. Для этого детали соединяют между собой «на прихватках» или в специальных приспособлениях. Прокладывают первый слой, а затем, отступив от первого слоя на 200—300 мм, прокладывают второй слой, захватывая зону первого. Продолжая в той же последовательности, заполняют весь шов.
Угловые швы выполняют двумя методами, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. При сварке «вугол» допускается больший зазор между деталями (до 3 мм), проще сборка, но техника сварки сложнее. Кроме того, возможны подрезы и наплывы, снижается производительность сварки из-за необходимости за один проход сваривать швы небольшого сечения, катет которых меньше 8 мм. Сварка «в лодочку» допускает большие катеты шва за один проход и поэтому более производительна, однако такая сварка требует тщательной сборки.
На практике для укрепления сварочного шва используют метод, который позволяет к силам поверхностного натяжения добавить пленку поверхностного натяжения. Суть данного метода заключается в том, что дугу держат не постоянно, а импульсами, т.е. с определенными промежутками. Для этого дугу постоянно прерывают, зажигая ее с определенными промежутками времени, в результате чего расплавленный металл частично кристаллизуется. Умение сварщика проявляется в выборе таких интервалов, когда сварочный катет не успевает образоваться и одновременно металл теряет часть своей текучести.
Потолочный шов является самым сложным. Сварку выполняют короткими во времени замыканиями дуги на сварочную ванну так, чтобы она не успела остыть, пополняя ее новыми порциями расплавленного металла. При сварке данным методом следует следить за длиной дуги, так как ее удлинение может вызвать нежелательные подрезы. При сварке данных швов создаются неблагоприятные условия для выделения шлаков из расплавленного металла, что может привести к пористости сварного шва.
Вертикальные швы можно варить в двух направлениях — снизу вверх и сверху вниз. Предпочтительнее сварка на подъем, так как расположенный снизу металл удерживает сварочную ванну, не давая ей растекаться. При сварке на спуск труднее удерживать сварочную ванну, поэтому гораздо сложнее добиться качественного шва. По сути этот метод практически не отличается от потолочной сварки, и применяют его тогда, когда сварка на подъем технологически невозможна.
Горизонтальные швы на вертикальной плоскости тоже имеют свои особенности. В данных швах особую сложность представляет удержание сварочной ванны у обеих кромок свариваемых деталей. Для того чтобы облегчить этот процесс, не выполняют скоса нижней кромки. В таком случае получается полочка, которая способствует удержанию на месте расплавленной сварочной ванны. Целесообразен здесь и прием импульсной сварки с кратковременным зажиганием дуги, как для потолочных швов.
Удаление сварочных шлаков выполняют обрубочным молотком. Для этого заготовку, подождав, пока она остынет настолько, что ее можно брать рукой, прижимают крепко к столу и ударами молотка, направленными вдоль шва, удаляют шлак, покрывающий сварочный шов. После этого шов проковывают для снятия внутренних напряжений. Для этого боек молотка разворачивают вдоль шва и выполняют проковку по всей его длине. Завершают процесс очисткой жесткой проволочной щеткой, перемещая ее резкими движениями сначала вдоль шва, а потом поперек, чтобы удалить остатки шлака.
Последовательность выполнения сварки в среде защитных газов.
Способы подготовки кромок под сварку в среде защитных газов (механические, газовые и т.д.) такие же, как и при других методах сварки. Вид разделки кромок и ее геометрические размеры должны соответствовать ГОСТ 14771—76 или техническим условиям на изготовление изделия.
При полуавтоматической сварке плавящимся электродом можно получить полный провар без разделки кромок и без зазора между ними при толщине металла до 8 мм. При зазоре или разделке кромок полный провар достигается при толщине металла до 11 мм.
При сварке в углекислом газе многослойных швов на сталях перед наложением последующего слоя поверхность предыдущего слоя следует тщательно очищать от брызг и образовавшегося шлака. Для уменьшения забрызгивания поверхности детали из углеродистой стали ее покрывают специальными аэрозольными препаратами типа «Дуга», причем сварка может выполняться при непросохшем препарате. Детали собираются с помощью струбцин, клиньев, скоб или на прихватках. Прихватки следует выполнять в защитных газах тем же способом, которым будет проводиться сварка. Прихватки перед сваркой осматриваются, а при сварке перевариваются.
Ручную и полуавтоматическую сварку обычно ведут на весу.
Автоматическую сварку можно выполнять так же, как сварку под флюсом, на остающихся или съемных подкладках и флюсовых подушках. Во многих случаях лучшие результаты достигаются при использовании газовых подушек. Они благоприятствуют формированию корня шва, а при сварке активных металлов способствуют защите нагретого твердого металла от взаимодействия с воздухом. Состав подаваемых в подушку газов может быть таким же, как и используемый для защиты зоны сварки.
Необходимый расход защитного газа устанавливается в зависимости от состава и толщины свариваемого металла, конструкции сварного соединения, скорости сварки, состава защитного газа. Качество шва в большой степени определяется надежностью оттеснения воздуха от зоны сварки. Ветер и сквозняки снижают эффективность газовой защиты. Чтобы этого избежать, рекомендуется на 20—30 % повышать расход защитного газа, увеличивать диаметр выходного отверстия сопла или приближать горелку к поверхности детали. Для защиты от ветра зону сварки закрывают щитками. При сварке рекомендуется устанавливать сбоку и параллельно шву экраны, задерживающие утечку защитного газа. При сварке на повышенных скоростях полезно наклонять горелку углом вперед, а при автоматической сварке применять боковую подачу газа.
Последовательность выполнения газовой сварки и резки. Для
получения сварного соединения высокого качества необходимо хорошо подготовить свариваемые кромки, правильно установить горелку в соответствующее положение, выбрать способ сварки и определить необходимую мощность горелки и диаметр присадочной проволоки.
Скос кромок производят ручным или пневматическим зубилом, с помощью специальных станков, а также ручной или механизированной кислородной резкой. Образовавшиеся шлаки и окалину удаляют зубилом и металлической щеткой.
Перед сваркой производится прихватка кромок свариваемых деталей. При сварке тонкого металла и коротких швов длина прихваток составляет 5—7 мм, а расстояние между ними 70— 100 мм. При сварке толстого металла и при швах значительной длины прихватки делают длиной 20—30 мм с расстоянием между ними 300—500 мм.
Производительность сварки и качество шва в большой степени зависят от положения горелки и направления перемещения по шву. Различают два основных способа газовой сварки — правый и левый. При правом способе, который применяют при сварке металла толщиной более 5 мм, сварку ведут слева направо, горелка перемещается впереди присадочного прутка, а пламя направлено на формирующийся шов. Это обеспечивает защиту сварочной ванны от воздействия атмосферного воздуха и замедленное охлаждение шва. При левом способе сварку ведут справа налево, горелка перемещается над присадочным прутком (проволокой), а пламя направляется на несваренные кромки и подогревает их, подготовляя к сварке. Сварку вертикальных швов снизу вверх выполняют левым способом; сварку горизонтальных швов ведут справа налево, направляя пламя горелки на заваренный шов; во избежание вытекания расплавленного металла сварочную ванну формируют с небольшим перекосом. Потолочные швы обычно сваривают правым способом. В процессе сварки мундштук горелки и присадочный пруток совершают одновременно два движения: первое — вдоль оси сварного шва, второе — колебательное движение поперек оси шва. При этом конец присадочного прутка движется в направлении, противоположном движению мундштука. При правом способе сварки диаметр присадочного прутка равен примерно половине толщины свариваемого металла, а мощность горелки должна составлять 120— 150 л/ч. При левом способе сварки диаметр присадочной проволоки равен половине толщины свариваемого металла плюс 1 мм, а мощность горелки 100— 130 л/ч. Так, при сварке металла толщиной более 15 мм выбирают присадочный пруток диаметром 6—8 мм.
Процесс газокислородной резки основан на свойстве металлов и их сплавов гореть в струе технически чистого кислорода. Металл вдоль линии разреза нагревается до температуры воспламенения его в кислороде, сжижается в струе кислорода, а образующиеся оксиды выдуваются этой струей из места разреза. Различают два вида газокислородной резки — разделительную и поверхностную.
Разделительная резка применяется для вырезки заготовок, раскроя металла, разделки кромок шва под сварку и выполнения других операций по разрезанию металла на части. Давление режущего кислорода принимают в зависимости от толщины разрезаемого металла и чистоты кислорода. Чем выше чистота кислорода, тем меньше его давление и расход.
При резке низкоуглеродистой стали структура ее изменяется незначительно. При резке стали с повышенным содержанием углерода значительно повышаются ее твердость и хрупкость, ухудшается обрабатываемость кромок разреза. Стали с повышенным содержанием углерода, марганца, хрома и молибдена закаливаются, становятся более твердыми и дают трещины в зоне резания. Для резки хромистых и хромоникелевых сталей, чугуна, цветных металлов и их сплавов используют плазменно-дуговую или кислородно-флюсовую резку.
Поверхностную резку применяют для снятия поверхностного металла, разделки канавок удаления поверхностных дефектов и др. и выполняют специальными резаками для ручной и машинной резки. Используют два вида поверхностной резки — строжку (грубую и чистую) и обточку, когда резак совершает не возвратно-поступательное движение, как при строжке, а работает, как токарный резец. Перед резкой поверхность металла тщательно очищают от грязи, масла, краски и окалины.
