Сваркой называют соединение металлов путем их плавления. Этот процесс широко применяется во многих отраслях машиностроения и строительства. Его физическая сущность заключается в создании связей между атомами и молекулами двух поверхностей, соединяемых между собой. Чтобы они имели высокую прочность нужно соблюдать следующие условия:
- очистка заготовок от грязи;
- энергетическая активация атомов;
- размещение свариваемых деталей на таком расстоянии, равным с межатомным расстоянием.
Благодаря развитию технологий сварку можно осуществлять не только в условиях промышленных предприятий, но и в монтажных и полевых и даже в космосе. Для обработки используют различные источники энергии, поэтому данный процесс требует предельного внимания и соблюдения норм работы.
Разновидности сварки
На сегодняшний день существует не менее 10 видов, которые применяются в деле. Наибольшую популярность получили виды сварки, с помощью которых скрепляют не только металлы, но и стекло керамику и пластик. В настоящее время выделяют сварки, отличающихся между собой типом энергии, используемым для выполнения работ.
Виды сварки в строительстве
Термическая сварка
При термической сварке происходит соединение деталей на молекулярном уровне, с применением металла расплавленного от воздействия источника энергии. Прочный монолитный шов образовывается за счет жидкого металла, который заполняет промежуток между деталями.
Электродуговая контактная сварка
Этот универсальный вид сварки является самым распространенным способом и применяется как в производстве, так и в бытовых условиях. При выполнении электросварки не требуется использование дорогостоящего оборудования, к тому же проводить ее могут даже новички.
Схема электродуговой ручной сварки плавящимся электродом.
Принцип работы такого метода подразумевает расплавление прилегающих друг к другу областей свариваемых деталей при помощи тепла, поступающего от электрической дуги. Дуга расплавляет электрод и основной металл, образуя сварочную ванну. При остывании сварочного шва происходит затвердевание жидкого металла, благодаря чему происходит прочное соединение изделий.
ММА – ручная дуговая сварка
Данный вид обработки осуществляется исключительно одним электродом с использованием дуги, горящей между сварочной ванной и металлическим стержнем, на который нанесено покрытие. В результате замыкания электрической цепи вырабатывается тепловая энергия и передается на элементы, вследствие чего металл начинает плавиться. Когда подача электричества прекращается, получается сварное соединение.
MMA сварка
Внимание: Для ручной сварки используются электроды, покрытые специальной обмазкой, их состав зависит от предназначения и обеспечивает правильное формирование при кристаллизации.
ММА — наиболее простой способ соединения, для выполнения которого достаточно иметь сварочный аппарат и подходящие электроды. Они выпускаются определенного типа и имеют ограниченную длину, поэтому необходимо постоянно прерывать процесс сварки для смены данного элемента. Как и любой вид соединения металлов, технология ММА имеет свои плюсы и минусы.
На фоне преимуществ, минусы незначительные и не являются основанием для отказа от использования ручной сварки. Это универсальное оборудование доступно по стоимости, а также неприхотлив в эксплуатации.
Аргоновая сварка TIG
Тиг сварка — способ соединения металлов с использованием вольфрамового электрода с защитным газом. Стержень в процессе не плавится, чтобы получить ровный шов сварщику необходимо затачивать его перед применением. Среди других методов сваривания технология Тиг позволяет получать высокое качество шва.
TIG сварка
Для осуществления аргоновой сварки вольфрамовый электрод нужно закрепить в горелке. По краям горелки расположены отверстия, через которые производится подача защитного газа — аргона. Проникая в сварочную ванну аргон защищает ее от воздействия других атмосферных газов. Благодаря этому происходит качественное соединение металлов без оксидной пленки.
Работа на таком оборудовании не требует особых умений, чтобы освоить навык создания красивых швов достаточно поработать 2-3 раза. На качество шва могут повлиять ветер и другие неблагоприятные атмосферные условия, поэтому при использовании оборудования на открытом воздухе, следует закрывать место соединения.
MAG –сварка полуавтоматом
Этот вид соединения подразумевает использование активного газа и металлической проволоки. Во время сваривания между электродом и металлом загорается дуга, в результате чего изделие полностью расплавляется и образовывается сварочная ванна. От воздействия кислорода ее защищает газообразное вещество. По истечение определенного времени, появляется сварной шов за счет кристаллизации элементов, находящихся в сварочной ванне.
В отличие от других технологий сваривания MAG имеет следующие особенности:
- Полностью автоматизированный процесс сваривания.
- Смена сварочных проволок занимает минимум времени.
- Сварка возможна в любом пространственном положении.
Данный метод применяется для соединения разных металлов, поэтому популярен во многих отраслях промышленности. Технология нашла широкое применение при производстве морских судов и автомобилей.
Важно: Сварка полуавтоматом требует от сварщика множество профессиональных навыков и умений, поэтому работать с аппаратом могут только профессионалы.
Сварка под флюсом
Под СПФ понимается соединение металлов при помощи электрической дуги, где конец электрода и литой сварной шов скрыты под слоем из гранулированного плавкого флюса. Такая функция защищает от окисления, повышает прочность и формирует соединение с высокой степенью однородности.
Во время сварки создается ультрафиолетовое излучение и образование брызг и искр. На рисунке 2 указано как СПФ исключает такие факторы, т.к. в процессе расплавленный металл покрыт толстым слоем флюса. Существует 3 основных способа:
- Ручной. Для ручного метода используют небольшое оборудование с неплавящимся электродом. Сила тока сварки и подача флюса регулируется сварщиком в ручном режиме.
- На полуавтоматическом сварочном аппарате практически все функции регулируются автоматически, вручную осуществляется лишь ведение дуги с помощью рукоятки или дистанционного управления.
- Автоматический способ предполагает участие рабочих только в качестве контроллеров, все остальные функции выполняются управляющим процессором.
Газопламенная
Данный вид подразумевает применение пламени открытой горелки для плавления и соединения двух металлов. Для нагрева используют смеси газов из кислорода и ацетилена, также возможны другие варианты. При соприкосновении с пламенем происходит структурное изменение металла и образование жидкой сварочной ванны. Для защиты металла от атмосферного воздействия используются флюсы. По мере снижения воздействия пламени происходит снижение температуры и возникает процесс кристаллизации, что способствует к образованию сварного шва.
Электрошлаковая
ЭШС — один из способов сварки, при котором тепло образуется в среде расплавленного шлака. Металл нагревается в массе, пропуская электрический ток, который генерирует тепло в шлаке. При ЭШС не требуется использование дуги, вертикальная сварка позволяет проварить толстый слой сплава за один проход.
Данный метод применяется для соединения толстостенных элементов из различных стальных сплавов от чугуна до высоколегированных.
Плазменная
В основе плазменной сварки лежит принцип использования узконаправленной струи плазмы для расплавления сплавов. Такой вид технологии подходит для соединения изделий из разных материалов: нержавеющей стали, цветных металлов. При плазменной сварке применяется аргонодуговая технология, в отличие от электрической, она имеет вид сжатой плазменной струи и обладает мощной энергией.
В основу плазмы входят нейтральные молекулы и атомы, а также электроны и ионы. Во время сваривания образовывается очень высокая температура до 300 тыс. °C и давление на поверхность свариваемых металлов, а дуга приобретает цилиндрическую форму, сохраняя показатели мощности по всей длине. Данный метод подходит для применения в труднодоступных местах, т.к. незначительное изменение расстояния между деталью и электродом не влияет на качество шва.
Термомеханический класс сварки
К термомеханическому классу относятся соединения, получаемые на использовании совместного действия тепла и давления, вводимых в зону сварки извне. При термомеханической сварке происходит расплавление конца электрода и того участка детали, который подлежит соединению. Прочный сварочный шов получается после остывания металла.
Классификация способов сварки
В современном мире существует множество способов сварки, каждый из которых находит свое применение. Виды и классификация видов сварки проводится по разным критериям и разделены на 2 основные группы:
- Сварка плавлением.
- Сварка давлением.
Для расплавления соединяемых частей используется источник тепла с очень высокой температурой, после чего они сливаются в общую сварочную ванну. При удалении источника тепла сварочная ванна охлаждается и затвердевает, прочно соединяя 2 детали.
Во второй группе доминирующую роль играет давление, прилагаемое к месту сварки, нагрев металла играет второстепенную роль, в некоторых случаях соединение может быть осуществлено без использования нагрева.
Сварка давлением, в свою очередь делится на 2 подгруппы:
- Холодная, в зоне соединения металл не нагревается, данный процесс подразумевает сварку при комнатной температуре.
- Сварка давлением без оплавления. В этом случае металл подогревается до определенной температуры, при котором снижается его механическая прочность и упругие свойства. Подогрев элементов значительно облегчает процесс сварки, иногда является практически необходимым. Данный метод не требует использования высоких температур, поэтому для нагрева можно использовать разные источники тепла.
Методы и технологии сварки
Помимо вышеуказанных традиционных способов бывают другие методы, позволяющие соединить уникальные металлы. Они обладают выраженными свойствами, из-за которых привычные способы не подходят для их соединения.
Одним из таких методов является лазерная сварка, которая выполняется при помощи полуавтоматического или автоматического оборудования. Данный способ подразумевает подачу тепла строго в одну точку для соединения очень мелких деталей.
Внимание: Чтобы сварить несколько деталей сразу, рекомендуется использовать призму, с помощью которой можно расщепить лазер и направить в разные стороны.
Краткая характеристика сварки
Независимо от вида сварки и классификации способов, сваркой называется технология создания прочных соединений, путем нагрева, оказания давления, деформирования или комбинирования всех методов.
Сущность данного процесса заключается в воздействии внешнего источника энергии для установления межатомных связей между деталями. В процессе остывания происходит кристаллизация и образуется сварочный шов. Варианты соединений подбираются, учитывая материал, площадь и химические свойства свариваемых изделий.
Принцип сварки
Принцип сварки металлов определяется по технологическим признакам установлен для каждого вида отдельно, так как специфика их работы отличаются. Для получения прочного сварного соединения необходимо сблизить поверхности двух металлов под большим давлением, чтобы впоследствии появилось электронное облако, взаимодействующее с ионизированными атомами обоих металлических поверхностей.
Нагрев в месте соединения приводит к амплитуде колебания атомов относительно постоянных точек, что в свою очередь создает более легкое получение связи между изделиями. Сила давления зависит от показателей температуры нагрева.
Источник: plazmen.ru
Область применения и назначение сварной конструкции
Сварка — это процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при нагревании и (или), пластическом деформировании или совместном действии того и другого. Такое определение понятия «сварка» содержит ГОСТ 2601-84.
Виды сварки классифицируются по следующим техническим признакам:
-по способу защиты металла в зоне сварки (в воздухе, в вакууме, под флюсом, в пене, в защитном газе, с комбинированной защитой);
-по непрерывности процесса (непрерывная, прерывистая);
-по степени механизации (ручная, механизированная, автоматизированная, автоматическая);
-по типу защитного газа (в активных газах, в инертных газах);
-по характеру защиты металла в зоне сварки (со струйной защитой, в контролируемой атмосфере).
Сварка широко применяется в основных отраслях производства, так как резко сокращает сроки выполнения работ и трудоемкость производственных процессов. Выпуск сварных конструкций и уровень механизации сварочных работ растет из года в год. Получаемая за счет применения сварки ежегодная экономия в народном хозяйстве исчисляется многими сотнями миллионов рублей.
Применение сварки способствует совершенствованию машиностроения и развитию новых отраслей техники — ракетостроения, атомной энергетики, радиоэлектроники. Сварка позволяет уменьшить затраты на единицу продукции, сократить длительность производственного цикла, улучшить качество изделий. Целью данной курсовой работы является анализ технических возможностей способов автоматической сварки под флюсом и ручной дуговой, изделия вала гидротурбины изготовленного из стали 20Х3МВФ, толщиной металла 40 мм. Выбора комплекта оборудования, рекомендуемых режимов сварки, и провести экономическое сравнение вариантов технологии сварки, и определить наиболее экономичный вариант.
В настоящее время в связи с вступлением России в ВТО особенно актуальным становится вопрос повышения конкурентоспособности отечественных товаров на рынке. При производстве металлоконструкций основным фактором, влияющим на ценообразование, является производительность труда. В странах с высокой производительностью труда широко используются автоматические процессы, в том числе и в сварочном производстве. Наиболее производительным процессом является автоматическая одно-дуговая и многодуговая сварка под флюсом. Данные процессы сварки широко применяются при изготовлении металлоконструкций в судостроительной отрасли.
В России общее количество наплавляемого сваркой металла оценивается в 300— 400 тыс. т в год. Доля автоматической сварки под флюсом составляет примерно 10% от общего количества, что при расходе флюса примерно 1 т на тонну наплавленного металла дает примерно потребность в 30—40 тыс. т в год. Из этих 30—40 тыс. т флюса более трети составляют флюсы для многодуговой сварки.
В прогнозах развития сварочного производства за рубежом не отмечается существенного количественного роста производства сварочных источников — в этом нет необходимости. Основным направлением их развития является качественное совершенствование.
Будет меняться структура выпуска источников, при этом существенно снизится доля трансформаторов, будет прекращен выпуск преобразователей. Существенно возрастет доля выпрямителей, особенно инверторных и транзисторных. Значительно увеличится номенклатура и объем выпуска специализированных источников. Непрерывно ведется работа по улучшению сварочных свойств источников. Наиболее важно решить вопросы улучшения возбуждения дуги и уменьшения разбрызгивания металла, управления переносом электродного металла и формированием шва.
Цели и задачи работы курсовой работы:
— рассмотреть технологический процесс изготовления вала гидротурбины;
-рассмотреть выбор способа сварки и сварочного оборудования;
— рассмотреть разработку технологии изготовления сварной конструкции;
— рассмотреть технику безопасности;
| Актуальность темы | Актуальность темы заключается в том, что автоматическая сварка под флюсом является более надёжной и качественной, а так же менее затратной для производства вала гидротурбины |
| Цель исследования | — Цель доказать превосходство автоматической сварки под флюсом перед ручной дуговой путём анализа и практической реализации вала гидротурбины — разработка технологического процесса изготовления сварой опоры; — рассмотреть технологический процесс изготовления сварной опоры; — рассмотреть выбор способа сварки и сварочного оборудования; — рассмотреть разработку технологии изготовления сварной конструкции; — рассмотреть технику безопасности; |
| Объект ис- следования | Вал гидротурбины Автоматическая сварка под флюсом и ручная дуговая сварка |
| Предмет ис- следования | Расчёт режимов и экономических свойств видов сварки |
Общая часть
Конструкции
Обечайки и фланцы выполнены из стали 20Х3МВФ. Сталь жаропрочная релаксационностойкая Сталь перлитного класса. Рекомендуемая температура применения до 500-560 °С ; Температура интенсивного окалинообразования 600 °С
Химические свойства стали
| C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Mo | W | V | Cu |
| 0.15 — 0.23 | 0.17 — 0.37 | 0.25 — 0.5 | до 0.3 | до 0.025 | до 0.03 | 2.8 — 3.3 | 0.35 — 0.55 | 0.3 — 0.5 | 0.6 — 0.85 | до 0.2 |
Механические свойства стали
| Сортамент | Размер | Напр. | sв | sT | d5 | y | KCU | Термообр. |
| — | мм | — | МПа | МПа | % | % | кДж / м 2 | — |
| Прутки, полосы, ГОСТ 20072-74 | Прод. | Закалка 1030 — 1060 o C, масло, Отпуск 660 — 700 o C, | ||||||
| Вал, ротор | Прод. | Закалка 1030 — 1060 o C, масло, Отпуск 660 — 700 o C, | ||||||
| Вал, ротор | Танг. | Закалка 1030 — 1060 o C, масло, Отпуск 660 — 700 o C, |
Где σв-временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), Мпа
ψ-относительное сужение, %
σ0,2-предел текучести условный, Мпа
KCU- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U, Дж/см2
Свариваемость — это свойство одного или нескольких металлов основывать, в процессе сваривания, соединение которое отвечает эксплуатационным и техническим требованиям свариваемого изделия или элемента конструкции.
В зависимости от степени свариваемости металлы подразделяются на четыре основных группы. К первой из них относятся типы стали, сварка которых может быть выполнена классическим способом, без предварительного подогрева и накаливания в процессе работы. Однако для снятия механического напряжения по окончании сварки готовое изделие может быть подвергнуто термической обработке. Во вторую группу входят металлы, которые могут нуждаться в подогреве до начала и в процессе сварки, что позволяет избежать образования трещин.
Третья группа включает в себя металлы, которые при обычной сварке в нормальных условиях обязательно дают трещины. Поэтому перед началом работы их необходимо прогревать, поддерживая заданный температурный режим во время сварки, а по ее окончании подвергать дополнительной термической обработке. Четвертая группа является самой малочисленной, и в нее входят металлы, которые практически не поддаются сварке, так как при любых попытках соединить между собой два куска одного и того же сплава образуются трещины.
Основными показателями (критериями) свариваемости металлов и их сплавов являются:
-окисляемость металла при сварочном нагреве;
-чувствительность металла к тепловому воздействию сварки;
-сопротивляемость к образованию горячих трещин;
-сопротивляемость к образованию холодных трещин;
-чувствительность к образованию пор;
К третьей группе относят углеродистые и легированные стали ([С]Х=0,46-0,59) перлитного класса, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. Свариваемость сталей этой группы обеспечивается при использовании специальных технологических мероприятий, заключающихся в их предварительной термообработке и подогреве. Кроме того, большинство изделий из этой группы сталей подвергают термообработке после сварки. Для деталей и отливок из проката или поковок, не имеющих особо жестких контуров и жестких узлов, допускается заварка в термически обработанном состоянии (закалка и отпуск).
Для правильного проектирования технологического процесса необходимо дать оценку свариваемости выбранной марки стали.
Рассчитаем эквивалент углерода для стали 20Х3МВФ:
Сэ = 0.3407 => Сталь, Удовлетворительно свариваемая. Способы сварки: РДС, необходимы подогрев и последующая термообработка, КТС. Свариваемость считается удовлетворительной при СЕ
В виду того, что 20Х3МВФ, Сталь жаропрочная релаксационностойкая o C, удовлетворительно свариваемая, то для получения качественного сварного соединения требуются дополнительные операции: необходимы закалка при 1030 — 1060 o C, и отпуск при 660 — 700 o C. Сваривать нужно ручной дуговой сваркой.
Технологическая часть
Выбор сварочных материалов
Базовые сварочные материалы
При ручной сварке конструкционных углеродистых и легированных сталей выбор электродов производится по ГОСТ 9467-75. Этот ГОСТ предусматривает два класса электродов. Первый класс — электроды для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей, требования к которым установлены по механическим свойствам наплавленного металла и содержанию в нем серы.
Второй класс регламентирует требования к электродам для сварки легированных теплоустойчивых сталей, и электроды классифицируются по механическим свойствам и химическому составу металла шва. ГОСТ 10052-75 устанавливает требования на электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Дуговая сварка металлическими электродами с покрытием в настоящее время остается одним из самых распространенных методов, используемых при изготовлении сварных конструкций. Это объясняется простотой, мобильностью применяемого оборудования, возможностью сваривать в различных пространственных положениях и в местах труднодоступных для механизированных способов сварки. Существенный недостаток ручной дуговой сварки металлическим электродом, также как и других способов ручной сварки, — малая производительность процессов и зависимость качества сварного шва от навыков сварщика. Будем сваривать электродами марки ЦЛ-30-63 диаметром 4мм
| Марки электрода | Коэффициент наплавки, г/(А•ч) | Устойчивость дуги | Расход электродов на 1 кг наплавленного металла, кг | Диаметр электрода, мм | Величина тока, А | Род тока | Температура прокаливания электродов, °С |
| Положение | |||||||
| нижнее | вертикальное | потолочное | |||||
| ЦЛ-30-63 | 10,4 | Удовлетворительная | 1,6 | 180-210 | 120-140 | — — | Постоянный |
Расчёт режимов сварки
Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества. При всех дуговых способах сварки такими характеристиками являются следующие параметры: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва, род тока и полярность. При механизированных способах сварки добавляют еще один параметр скорость подачи сварочной проволоки, а при сварке в защитных газах — удельный расход газа. Параметры режима сварки влияют на форму шва, а, значит, и на его размеры: на ширину шва — е; усиление шва — q; глубину шва – h. На форму и размеры влияют не только основные параметры сварки, но и такие технологические факторы, как род и полярность тока, наклон электрода и изделия, вылет электрода, конструктивная форма соединения и величина зазора
Базовый расчёт режимов сварки
| Условное обозначение сварного соединения | Конструктивные элементы | s = s1 | b±1 | e | g |
| подготовленных кромок свариваемых деталей | сварного шва | ||||
| Номн | Пред. откл | Пред. откл | |||
| С17 | 36-40 | ±4 | 0,5 | -0,5 |
| Толщина свариваемого изделия, мм | Диаметр электрода, мм |
| 40 мм | 5 мм |
Расчет силы сварочного тока Iсв производится по диаметру электрода и допускаемой плотности тока, А
| Виды покрытия | Диаметр электрода |
| Основное | 9-12 |
| Тип соеди- нения | Форма подготов-ленных кромок | Характер сварного шва | Форма поперечного сечения | Способ свари | Тол- щина свари-ваемых деталей, мм | Условное обозн-ачение сварного соеди- нения |
| подготовленных кромок | сварного шва | |||||
| Стыковое | С двумя симмет-ричными скосами кромок | Двусто- ронний | АФф | 18,0-60,0 | С38 |
| Условное обозначение сварного соединения | Конструктивные элементы | Способ сварки | s = s1 | е±4 |
| подготовленных кромок свариваемых деталей | сварного шва | |||
| С38 | АФф | 40-50 |
| Толщина металла | Зазор мм | Тип шва | Диаметр проволоки мм | Iсв А | Uд В | Скорость сварки м/ч |
| Переменный ток | Постоянный ток | |||||
| 8-10 | Двусторонний | 1100-1200 | 40-44 | — | 12-14 |
Скорость подачи проволоки 87-95м/ч
Базовое оборудование
Инвертор MMA сварки EWM PICO 300 CEL PWS SVRD PWS 090-002044-00504
может использоваться в жестких условиях строительной площадки, благодаря улучшенной конструкции корпуса. Аппарат с плавной регулировкой тока и времени горячего старта. Встроенные термореле защищают инвертор от перегрузок. На дне расположены опорные ножки для устойчивости на поверхности во время работы. Инвертор подходит для ремонта и изготовления машин.
| Наличие сетевой вилкида | да |
| ПВ на максимальном токе, % | |
| Напряжение, В | |
| Min ток, А | |
| Габариты, мм | 490х186х445 |
| Степень защиты | IP23 |
| Max ток, А | |
| Max мощность, кВт | 9,504 |
| Количество постов | |
| Напряжение холостого хода, В | |
| Вес, кг | 23,5 |
Предлагаемое оборудование
ТСФ-101, Трактор сварочный
Трактор для дуговой сварки плавящимся электродом под слоем флюса ТСФ-101 с плавным регулированием скорости подачи электродной проволоки и скорости сварки, предназначен для автоматической электродуговой сварки однопроходных и многопроходных соединений внахлестку, угловых, тавровых, а также стыковых соединений с разделкой и без разделки кромок.
| Характеристика | Значение |
| Номинальный сварочный ток при ПВ=100%, А | |
| Межосевое расстояние колёс, мм | |
| Ход горизонтального суппорта, мм | |
| Ход вертикального суппорта, мм | |
| Скорость сварки, м/ч (рекомендуемая) | 10-100 |
| Скорость подачи сварочной проволоки, м/ч (рекомендуемая) | 40-400 |
| Максимальная потребляемая мощность, Вт | |
| Диаметр электрода, мм | 3.0-5.0 |
| 49Масса трактор без проволоки, кг | |
| Габаритные размеры трактора (ДхШхВ), мм | 860х430х640 |
Контроль качества
Метод контроля
Контроль необходим для предупреждения появления дефектов в швах, а также для определения качества готовых изделий. Контроль производится перед сваркой, в процессе ее и после сварки изделия или узла. Перед сваркой проверяют качество исходных материалов, правильность выбора сварочного оборудования, газовых и электрических приборов.
Эту стадию называют предварительным контролем. При сварке проверяют правильность выполнения отдельных операций, соблюдение режимов сварки и соблюдения заданного порядка наложения швов. Систематически проверяют исправность оборудования и приборов. Эту стадию называют операционным контролем в процессе сварки. По окончанию сварки проверяют качество швов и готового изделия.
Эту стадию называют окончательным контролем сварных швов и готового изделия. Выбор методов окончательного контроля производится в соответствии с ТУ на контроль и приемку сварной конструкции, с требованиями чертежа. Основными способами контроля сварных швов и готовых изделий являются: внешний осмотр и обмер, просвечивание рентгеновскими и гамма лучами, механические испытания и металлографические исследования контрольных образцов, испытания на стойкость швов против межкристаллитной и общей коррозии, испытания на прочность и плотность сварных соединений и швов. Основные критерии, которые должны быть приняты во внимание при назначении и выборе контроля, следующие:
— категория ответственности соединений или изделий, связанная с условиями их эксплуатации;
— недопустимость дефектов, рассчитываемая на основе анализов прочности и надежности соединений;
— допустимый уровень дефектов, назначаемый, исходя из эксплуатационных и технологических условий и группы ответственности изделия;
— чувствительность метода контроля;
— предполагаемый экономический эффект, за счет уменьшения доли брака.
Визуальный и измерительный контроль (ВИК) относиться к числу наиболее дешевых, быстрых и в тоже время информативных методов неразрушающего контроля. Данный метод является базовыми и предшествует всем остальным методам дефектоскопии.
Внешним осмотром (ВИК) проверяют качество подготовки и сборки заготовок под сварку, качество выполнения швов в процессе сварки, а также качество основного металла. Цель визуального контроля – выявление вмятин, заусенцев, ржавчины, прожогов, наплывов, и прочих видимых дефектов.
Визуальный и измерительный контроль может проводиться с применением простейших измерительных средств, в том числе невооруженным глазом или с помощью визуально-оптических приборов до 20ти кратного увеличения, таких как лупы, эндоскопы и зеркала. Несмотря на техническую простоту, основательный подход к проведению визуального контроля, предусматривает разработку технологической карты — документа, в котором излагаются наиболее рациональные способы и последовательность выполнения работ.
Отсутствие, не проваров, подрезов, наплывов, прожогов, кратеров, горящих, холодных трещин, пор, нарушения формы шва
Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков. В процессе контроля пучок ультразвуковых колебаний от вибрирующей пластинки-щупа (пьезокристалла) вводится в контролируемый шов.
При встрече с дефектным участком ультразвуковая волна отражается от него и улавливается другой пластинкой-щупом, которая преобразует ультразвуковые колебания в электрический сигнал. Эти колебания после их усиления подаются на экран электронно-лучевой трубки дефектоскопа, которые свидетельствуют о наличии дефектов. По характеру импульсов судят о протяженности дефектов и глубине их залегания. Ультразвуковой контроль можно проводить при одностороннем доступе к сварному шву без снятия усиления и предварительной обработки поверхности шва.
Ультразвуковой контроль имеет следующие преимущества: высокая чувствительность (1 — 2%), позволяющая обнаруживать, измерять и определять местонахождение дефектов площадью 1 — 2 мм2; большая проникающая способность ультразвуковых волн, позволяющая контролировать детали большой толщины; возможность контроля сварных соединений с односторонним подходом; высокая производительность и отсутствие громоздкого оборудования. Существенным недостатком ультразвукового контроля является сложность установления вида дефекта. Этот метод применяют и как основной вид контроля, и как предварительный с последующим просвечиванием сварных соединений рентгеновским или гамма-излучением.
К главным преимуществам ультразвукового контроля качества металлов и сварных соединений относятся:
высокая точность и скорость исследования, а также его низкая стоимость;
безопасность для человека (в отличие, к примеру, от рентгеновской дефектоскопии;
высокая мобильность вследствие применения портативных ультразвуковых дефектоскопов;
возможность проведения ультразвукового контроля (в отдельных случаях) на действующем объекте, т.е. на время проведения УЗК не требуется выведения контролируемой детали/объекта из эксплуатации.
при проведении УЗК исследуемый объект не повреждается;
К основным недостаткам УЗК относятся:
при ультразвуковой дефектоскопии невозможно дать ответ на вопрос о реальных размерах дефекта, т.к. размер дефекта определяется его отражательной способностью и поэтому по результатам контроля дается эквивалентный размер дефекта (например: имеющиеся в изделии два реальные дефекта одного размера и формы, расположенные на одной глубине, но один из которых заполнен воздухом, а другой шлаком будут давать отраженные импульсы различной амплитуды и, соответственно оценены как дефекты, имеющие различные размеры). Следует отметить, что, некоторые дефекты в силу их характера, формы или расположения в объекте контроля практически невозможно выявить ультразвуковым методом. Кроме того, затруднителен контроль деталей небольшой размера и толщины, а также деталей, имеющих сложную форму с криволинейными и сферическими поверхностями малого радиуса. Кроме того, при проведении ультразвукового контроля в отличие от радиографического, как правило, невозможно однозначно охарактеризовать дефект (шлаковое включение, пора, вольфрамовое включение и др.);
трудности при ультразвуковом контроле металлов с крупнозернистой структурой, из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука. подготовка поверхности контроля к контролю, для ввода ультразвуковых волн в металл, а именно: очистка поверхности контроля от загрязнений, отслаивающейся окалины, ржавчины, брызг расплавленного металла и др. и создание необходимой шероховатости поверхности не хуже Rz 40 и волнистости не более 0,015, т.к. даже небольшой воздушный зазор между пьезоэлектропреобразователем (ПЭП) пьезоэлектропреобразователи для проведения ультразвукового контроля) и изделием может стать неодолимой преградой для распространения ультразвуковых волн;
необходимость нанесения на контролируемый участок изделия после его зачистки непосредственно перед выполнением контроля контактных жидкостей (специальные гели, глицерин, машинное масло, и др.) для обеспечения стабильного акустического контакта;
Параметры контроля
ВВЕДЕНИЕ
Сварка — это процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при нагревании и (или), пластическом деформировании или совместном действии того и другого. Такое определение понятия «сварка» содержит ГОСТ 2601-84.
Виды сварки классифицируются по следующим техническим признакам:
-по способу защиты металла в зоне сварки (в воздухе, в вакууме, под флюсом, в пене, в защитном газе, с комбинированной защитой);
-по непрерывности процесса (непрерывная, прерывистая);
-по степени механизации (ручная, механизированная, автоматизированная, автоматическая);
-по типу защитного газа (в активных газах, в инертных газах);
-по характеру защиты металла в зоне сварки (со струйной защитой, в контролируемой атмосфере).
Сварка широко применяется в основных отраслях производства, так как резко сокращает сроки выполнения работ и трудоемкость производственных процессов. Выпуск сварных конструкций и уровень механизации сварочных работ растет из года в год. Получаемая за счет применения сварки ежегодная экономия в народном хозяйстве исчисляется многими сотнями миллионов рублей.
Применение сварки способствует совершенствованию машиностроения и развитию новых отраслей техники — ракетостроения, атомной энергетики, радиоэлектроники. Сварка позволяет уменьшить затраты на единицу продукции, сократить длительность производственного цикла, улучшить качество изделий. Целью данной курсовой работы является анализ технических возможностей способов автоматической сварки под флюсом и ручной дуговой, изделия вала гидротурбины изготовленного из стали 20Х3МВФ, толщиной металла 40 мм. Выбора комплекта оборудования, рекомендуемых режимов сварки, и провести экономическое сравнение вариантов технологии сварки, и определить наиболее экономичный вариант.
В настоящее время в связи с вступлением России в ВТО особенно актуальным становится вопрос повышения конкурентоспособности отечественных товаров на рынке. При производстве металлоконструкций основным фактором, влияющим на ценообразование, является производительность труда. В странах с высокой производительностью труда широко используются автоматические процессы, в том числе и в сварочном производстве. Наиболее производительным процессом является автоматическая одно-дуговая и многодуговая сварка под флюсом. Данные процессы сварки широко применяются при изготовлении металлоконструкций в судостроительной отрасли.
В России общее количество наплавляемого сваркой металла оценивается в 300— 400 тыс. т в год. Доля автоматической сварки под флюсом составляет примерно 10% от общего количества, что при расходе флюса примерно 1 т на тонну наплавленного металла дает примерно потребность в 30—40 тыс. т в год. Из этих 30—40 тыс. т флюса более трети составляют флюсы для многодуговой сварки.
В прогнозах развития сварочного производства за рубежом не отмечается существенного количественного роста производства сварочных источников — в этом нет необходимости. Основным направлением их развития является качественное совершенствование.
Будет меняться структура выпуска источников, при этом существенно снизится доля трансформаторов, будет прекращен выпуск преобразователей. Существенно возрастет доля выпрямителей, особенно инверторных и транзисторных. Значительно увеличится номенклатура и объем выпуска специализированных источников. Непрерывно ведется работа по улучшению сварочных свойств источников. Наиболее важно решить вопросы улучшения возбуждения дуги и уменьшения разбрызгивания металла, управления переносом электродного металла и формированием шва.
Цели и задачи работы курсовой работы:
— рассмотреть технологический процесс изготовления вала гидротурбины;
-рассмотреть выбор способа сварки и сварочного оборудования;
— рассмотреть разработку технологии изготовления сварной конструкции;
— рассмотреть технику безопасности;
| Актуальность темы | Актуальность темы заключается в том, что автоматическая сварка под флюсом является более надёжной и качественной, а так же менее затратной для производства вала гидротурбины |
| Цель исследования | — Цель доказать превосходство автоматической сварки под флюсом перед ручной дуговой путём анализа и практической реализации вала гидротурбины — разработка технологического процесса изготовления сварой опоры; — рассмотреть технологический процесс изготовления сварной опоры; — рассмотреть выбор способа сварки и сварочного оборудования; — рассмотреть разработку технологии изготовления сварной конструкции; — рассмотреть технику безопасности; |
| Объект ис- следования | Вал гидротурбины Автоматическая сварка под флюсом и ручная дуговая сварка |
| Предмет ис- следования | Расчёт режимов и экономических свойств видов сварки |
Общая часть
Область применения и назначение сварной конструкции
Область и примеры применения в тяжёлом машиностроении —коленчатые валы, валы гидротурбин, роторы, цилиндры аккумуляторов, баллоны. В некоторых случаях их можно применить для регулирования усилий и напряжений, как защиты самой турбины, так и от неё. Вал гидротурбины состоит из двух фланцев и двух обечаек, сваренных между собой.
Валы гидротурбин должны изготавливаться в соответствие с техническими условиями:
— Вал гидротурбины работает в особо тяжёлых условиях. Подвергается непосредственному воздействию динамических и вибрационных нагрузок. Поковки вала изготавливается по техническим условиям завода-изготовителя.
— Смешение кромок стыковых швов не должно превышать 3мм.
— Отклонение предельных размеров по длине к диаметру вала не должно превышать ±0,1%.
— В сварных швах и около шовной зоне трещины, скопления пор и неметаллических включений не допускается.
— Балл зерна в зоне термического влияния не должен превышать 5-6-го номера по ГОСТ 5639-82.
-Наплавленный металл и металл зоны термического влияния должны обеспечивать σ≥400 Мпа, σ≥290 Мпа, ударную вязкость при +200С≥ 0,6МДж/м .
Источник: infopedia.su
В строительстве применяют способы сварки
Классификация основных способов сварки
Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения деталей путем применения местного нагрева.
Сварным соединением называется соединение двух деталей, полученное при помощи сварки.
Сварной шов — это часть сварного соединения, которая образуется из расплавленного в процессе сварки и затем затвердевшего металла.
Основным металлом называют металл, из которого изготовлены свариваемые детали.
При газовой сварке в месте расположения шва расплавляется основной металл, но в большинстве случаев его бывает недостаточно для заполнения всего зазора между деталями. Поэтому в сварочное пламя вводят присадочную проволоку, которая, расплавляясь, дает дополнительный жидкий металл, образующий шов. Сечение шва делают большим по толщине, чем толщина основного металла. Это утолщение называют усилением шва.
В месте нагрева деталей сварочным пламенем образуется углубление в расплавленном металле, которое называют сварочной ванной.
В настоящее время существует много различных способов сварки, которые классифицируются по различным признакам. В зависимости от степени нагрева свариваемый металл может быть или в пластическом (тестообразном), или в расплавленном (жидком) состоянии. В первом случае для осуществления процесса сварки необходимо приложить к свариваемому изделию усилие (сварка давлением). Во втором случае расплавленный металл свариваемых изделий и присадочного прутка образует общую ванну, после остывания которой сварка оказывается осуществленной без применения механического воздействия (сварка плавлением).
Следует отметить, что имеются такие способы сварки, при которых металл либо совсем не нагревается (холодная сварка глубокой деформацией), либо нагревается до температур, при которых металл не доводится даже до пластического состояния (ультразвуковая сварка).
Кузнечная (горновая) сварка
В процессе кузнечной сварки концы, подлежащие соединению, нагреваются в горне до температуры пластического состояния, затем накладываются один на другой и проковываются. Для удаления окалины разогретые концы посыпают кварцевым песком. При проковке шлак * легко выдавливается из места соединения. Кузнечная сварка, самый старый способ сварки, в настоящее время применяется редко.
Газопрессовая сварка. При газопрессовой сварке кромки свариваемых деталей (стержней, труб, рельсов) нагреваются ацетиленокислородным пламенем сразу по всему контуру специальной многопламенной горелкой до пластического состояния или до оплавления и затем подвергаются сжатию. Основным достоинством газопрессовой сварки является ее высокая производительность. Газопрессовая сварка применяется при строительстве магистральных газопроводов и нефтепроводов, на железнодорожном транспорте и в машиностроении.
Контактная сварка. Детали включаются в электрическую цепь сварочной машины и через них пропускается электрический ток большой силы и низкого напряжения. При этом в месте стыка (контакта) деталей выделяется тепло, которое нагревает их до расплавления или до пластического состояния. Контактная сварка, в зависимости от способа выполнения, подразделяется на стыковую, точечную и шовную.
Стыковая сварка применяется для соединения стержней, рельсов, труб и т. п. Детали закрепляются в электродах. Затем через них пропускается ток от вторичного витка 4 сварочного трансформатора. В месте соприкосновения стержни нагреваются до высокой температуры, после чего ток выключают, стержни сжимаются и детали свариваются.
Точечная сварка применяется для сварки листовых конструкций, у которых сварные соединения должны быть прочными, но не плот-
Шлаками называют неметаллический покров на поверхности расплавленного или нагретого до пластического состояния металла. Обычно шлаки представляют собой сплавы различных окислов металлов и металлоидовными. При точечной сварке свариваемые листы укладывают кромками друг на друга и зажимают между медными электродами. Через электроды пропускается электрический ток от сварочного трансформатора. Металл под электродами сильно нагревается и при сжатии электродов сваривается в одной точке.
Роликовая сварка применяется для сварки листовых конструкций, требующих плотно-прочных швов, например различных резервуаров, баков, тары и других изделий массового производства. При роликовой сварке свариваемые листы укладывают так же, как при точечной сварке, между электродами, имеющими форму роликов. К роликам подводится электрический ток. При прохождении листов между вращающимися роликами образуется сплошной плотный шов, состоящий из ряда сварных точек, перекрывающих друг друга.
Сварка трением осуществляется на станках, подобных токарным. После закрепления двух цилиндрических деталей в зажимах станка детали сводятся вплотную и с большой силой прижимаются друг к другу. При быстром вращении одной из деталей в месте стыка их в результате трения выделяется большое количество тепла, достаточное для нагрева концов деталей до пластического состояния (1200° С).
После нагрева до такой температуры вращение прекращается, детали дополнительно сжимаются и свариваются.
Этот способ сварки впервые предложен в 1956 г. рабочим-новатором А. И. Чудиковым.
Термитной сваркой называется процесс получения неразъемного соединения деталей, при котором для нагрева металла применяется термит.
Термит представляет собой механическую смесь, состоящую из 78% (по весу) порошка железной окалины (окись железа) и 22% порошка чистого алюминия. При сгорании термита развивается температура около 3000° С. В результате сгорания термита получается расплавленное железо и жидкий шлак (окись алюминия), которыми заливают свариваемые концы. Сжигание термита производится в огнеупорном тигле.
Различают термитную сварку давлением и термитную сварку плавлением. В первом случае жидкий металл и шлак выливаются из тигля в форму, в которой установлены концы свариваемых деталей. Нагретые до пластического состояния стержни сжимаются специальным прессом и свариваются.
Во втором случае свариваемые части заформовываются с зазором, величина которого зависит от размера сечения свариваемых концов. Этот зазор заполняется жидким металлом из тигля; давление при этом не прикладывается.
Термитная сварка нашла применение при сварке трамвайных рельсов, при ремонте и изготовлении некоторых судовых Деталей и т. д.
Электрическая дуговая сварка. При дуговой электрической сварке тепло, необходимое для расплавления металла в месте сварки, выделяется электрической дугой, возникающей между электродом и основным металлом при пропускании через них электрического тока. Электрод (угольный или металлический) закрепляется в специальном электрододержателе. В дуге развивается температура порядка 6000° С, которая обеспечивает быстрый нагрев и расплавление свариваемых кромок. При дуговой сварке угольным электродом (способ Бенардоса) заполнение шва производится расплавленным металлом присадочной проволоки, которая вводится в зону дуги.
При дуговой сварке металлическим электродом (способ Славянова) соединение кромок осуществляется расплавленным металлом электрода. Процесс сварки может вестись как на постоянном, так и на переменном токе. Для защиты расплавленного металла от насыщения азотом и кислородом воздуха, для обогащения металла шва необходимыми примесями и повышения устойчивости горения дуги при сварке применяются металлические электроды, покрытые слоем специальной обмазки. Для питания дуги электрическим током применяются сварочные генераторы постоянного тока и трансформаторы переменного тока. Простота процесса, значительная скорость сварки и высокое качество соединения обеспечили повсеместное внедрение электродуговой сварки.
Более прогрессивным методом является автоматическая электросварка, при которой дуга горит под слоем сыпучего флюса, выполняющего ту же роль, что и обмазка при ручной электродуговой сварке.
Электрошлаковая сварка
Свариваемые кромки деталей располагают вертикально с некоторым зазором. В зоне сварки к кромкам прижаты медные башмаки, которые удерживают флюс и расплавленный металл сварочной ванны. Башмаки движутся снизу вверх одновременно с механизмом сварочной головки, непрерывно подающим сварочную проволоку в зону сварки. Дуга вначале горит между проволокой и металлом ванны.
Когда флюс расплавится, дуга гаснет, и ток проходит только через расплавленный флюс. При установившемся процессе сварки флюс, проволока и кромки свариваемого металла расплавляются теплом, выделяющимся при прохождении тока через расплавленный флюс. По мере заполнения зазора металлом формирующие башмаки поднимаются вверх. Жидкий металл затвердевает снизу вверх и образует шов 6.
При электрошлаковой сварке достигается очень высокая производительность труда.
Этот способ сварки разработан институтом электросварки им. Е. О. Патона.
Дуговая сварка в среде защитного газа. Для защиты наплавленного металла от воздействия окружающего воздуха дуговую электросварку иногда производят в струе защитного газа. Сущность способа дуговой сварки в струе защитного газа заключается в том, что на дугу и свариваемое место направляется струя газа, защищающего металл от воздействия воздуха.
В качестве защитного газа можно применять водород, гелий, аргон и углекислый газ.
Углекислый газ как наиболее дешевый защитный газ находит все большее применение при сварке углеродистых сталей.
Атомно-водородная сварка
При этом способе деталь расплавляется так называемой дутой косвенного действия, горящей между двумя вольфрамовыми электродами. Электроды вставлены в мундштуки, по которым к дуге подается водород. Сварочный шов получается путем расплавления присадочной проволоки.
Таким образом, дуга и жидкий металл сварочной ванны защищены водородом от вредного воздействия кислорода и азота воздуха. Водород под действием тепла дуги расщепляется на атомы, а последние, соприкасаясь с более холодным металлом, вновь соединяются в молекулы. При этом выделяется большое количество тепла, идущее на дополнительный нагрев металла сварочной ванны. Этот способ сварки применяют для сварки металлов небольшой толщины и для сварки цветных металлов.
Газовая сварка. Этот способ сварки состоит в том, что для нагревания и плавления свариваемых кромок используется пламя, полученное при сжигании горючего газа в смеси с кислородом. Для получения газокислородной смеси, ее сжигания и выполнения сварки применяют специальные сварочные горелки.
Газовая сварка относится к сварке плавлением. Заполнение зазора между кромками свариваемых деталей производится в основном расплавленным металлом присадочной проволоки.
Газовая сварка широко применяется в различных отраслях народного хозяйства, особенно при сварке стали малой толщины, цветных металлов, чугуна и при ремонте различных Деталей.
Пламя газовой горелки используется для правки покоробленных деталей, для очистки металла от ржавчины, окалины, краски, для поверхностной закалки различных деталей, а также может быть использовано для местной термической обработки сварных швов. С помощью газового пламени часто наносят различные покрытия (металлические и неметаллические) на поверхности деталей.
Особое и совершенно самостоятельное место в промышленности занимает кислородная (газовая) резка металлов.
1. Какое значение имеет сварка в народном хозяйстве и ее преимущества перед клепкой?
2. Кто из русских ученых и инженеров является основоположником способов электрической сварки металлов?
3. Что называют сварным соединением, сварным швом, основным и присадочным металлом, сварочной ванной, усилением шва?
Источник: electrowelder.ru
Все что нужно знать о сварных металлоконструкциях: что это такое их классификация, виды и типы
В рамках этой статьи мы расскажем об основных принципах классификации сварных металлических конструкций, что это, где они применяются и их особенности.
Общие данные
Металлоконструкции применяются повсеместно: здания промышленные и гражданские, производственные объекты и оборудование, части транспортных путей и т.д. Существуют разные способы для соединения металлоконструкций, различают:
- Заклепочные соединения;
- болтовые соединения; ;
Сварка становится частым решением при выборе способа соединения элементов из металла, поскольку сварная конструкция обладает рядом достоинств:
- Относительная простота изготовления;
- Высокая скорость производства работ;
- Большой выбор материалов и оборудования для сварки;
- Возможность создания конструкций сложной конфигурации;
- Создание равнопрочного герметичного соединения;
- Соединение металлических сеток и арматурных каркасов.
Поговорим подробнее о сварных металлоконструкциях.
Что же из себя представляет сварочная конструкция?
Сварная конструкция — это конструкция, элементы которой соединены посредством сварки. Наиболее часто применяемы в строительстве:
- Конструкции из прокатного профиля (балка двутаврового сечения, таврового сечения, швеллер, профильная труба, уголок, труба и т.д.);
- арматурные сварные сетки и каркасы
Классификация
Классификация сварных металлических конструкции подразделяют по:
По материалам заготовок, из которых выполняют:
- Трубные
- Листовые
- Профильные
- Стержневые
По материалу, из которого изготовлена конструкция:
- Из черной стали;
- Из низко, средне и высоколегированной стали;
- Из цветных металлов;
- Из сплавов;
- Полиэтиленовые;
- Полипропиленовые;
- Композитные;
По типу объекта промышленности, на котором монтируются:
- Нефтяные;
- Газовые;
- Теплоэнергетические;
- Конструкции атомной энергетики;
- Судовые;
- Авиационные;
- подъемные сооружения.
Виды сварных конструкций из металла
Металлоконструкции — это то, без чего очень сложно себе представить самое современное строительное производство. Наряду с железобетоном, они являются наиболее частым решением для промышленных, общественных и гражданских зданий и сооружений, машиностроения и других отраслей промышленности. Наиболее частыми видами (группами) строительных металлических сварных конструкций стали:
- Колонны.
- Балки.
- Связи.
- Обечайки.
- Корпуса.
- Стержневые.
- Решетчатые.
- Фермы.
- Сварные опоры (для трубопроводов или оборудования).
- Листовые.
Поговорим более подробно о некоторых сварных конструкциях, о их особенностях при изготовлении и монтаже. Их производство осуществляется на предприятиях, изготавливающих металлоконструкции и прямо на строительно-ремонтной площадке.
Металлические сварные фермы
Стальные сварные фермы представляют собой плоскую решетчатую систему из металлических элементов, позволяющую перекрывать большие пролеты зданий и сооружений.
Ферма— это элемент конструкции здания, служащий для опирания кровельной системы (прогонов, настила, кровельного пирога) и передачи нагрузки от неё на колонны или стены.
Металлические фермы часто используются при строительстве промышленных зданий, поскольку зачастую технологический процесс не позволяет установить промежуточные стойки.
Также наиболее широко стальные фермы применяются в строительстве социальных и административных зданий. Таких как: торговые центры, кинотеатры, стадионы, бассейны и многие другие.
Именно для таких зданий характерно наличие большого свободного внутреннего пространства. Металлическая сварная ферма состоит из:
- Узлов верхнего пояса.
- Раскосов.
- Стоек.
Раскосы, в свою очередь, подразделяются на опорные и рядовые. Опорные раскосы располагаются в месте опирания фермы. Они несут большие нагрузки, поэтому зачастую их сечение больше, чем у рядовых раскосов (или же выше марка стали).
Фермы могут быть однородными, а также комбинированным. Поскольку в своём составе могут сочетать элементы, выполненные из разных марок сталей.
Именно комбинированные металлоконструкции являются эффективным решением их применение наиболее рационально в случаях когда, нагрузки на элементы которых значительно отличаются. Раскосы, а также стойками фермы соединяются с нижним, а также с верхним поясом напрямую, либо с помощью фасонок. Их элементы могут быть выполнены из:
- Квадратной трубы.
- Прямоугольной трубы.
- Круглой трубы.
- Уголка.
- Различных профилей.
Именно стальные фермы являются наиболее частым решением. Фермы разрабатывают для конкретного объекта строительства или же выполняют подбор по серии, выполнив соответствующие расчеты.
Чертежи ферм разрабатываются в разделе КМ и КМД, там же прописываются основные инструкции по производству, а также установке сооружений.
Как производится сварка металлических ферм
Сварка производится либо в заводских условиях, либо на строительно-ремонтных площадках площадке. В заводских условиях изготовление ответственных конструкций, такие как фермы для перекрытия общественных, промышленных зданий, а также объектов.
Как правило, металлические фермы большого пролета делят на отправочные марки (раздел КМ), которые доставляют на строительно-ремонтную площадку. Там производят укрупнённую сборку отправочных марки, а также монтаж согласно разработанной технологии.
Длина отправочных марок обычно не превышает 12 метров, это необходимо для безопасной транспортировки отправочной марки по автомобильным дорогам или же иным способом.
На строительной площадке изготавливают менее ответственные, такие как фермы для козырьков входов, для навесов. Простую ферму можно изготовить своими руками, к примеру для гаража, или для теплицы. На сайте mrmetall.ru вы найдете полезную информацию по выбору стали, подбору электродов, а также всю необходимую технику.
Последовательности операций при сварке металлической фермы
Как при сварке любого другого изделия, до начала работ необходимо ознакомиться с нормативной документацией по изготовлению и разработанной технологией в полном объеме. С чертежами раздела КМ, КМД, технологическими картами, а также подготовить необходимые материалы, инструменты, организовать рабочее место.
Соединение отдельных узлов (изотавливаемых из труб или профиля) ведут от средних узловых элементов к опорным. С начало варят имеющиеся стыковые соединения деталей, далее переходят к тавровым, а также угловым. Далее провариваются швы с большей толщиной. Сборка производится с помощью прихваток длиной в 25-40 мм. Швы располагающиеся рядом друг с другом необходимо выполнять, выдержав технологическую паузу.
Выполнение данного условия необходимо для уменьшения деформаций. Только после полного остывания металла, где будет накладываться близко расположенный шов. Конец каждого продольного соединения (при соединении раскосов, стоек или прочих узлов с фасонкой) необходимо вывести на торцевую части привариваемого узла на величину 2см.
Металлические листовые конструкции.
Металлические листовые сварные конструкции наиболее часто применяются в промышленности, к ним относятся: резервуары, цистерны, бункеры, газгольдеры, настилы и т.д. Для листовых металлоконструкций свойственно объединение несущих, а также ограждающих функций.
Для листов зачастую применяется автоматическая, полуавтоматическая, электрошлаковая сварка. Детали имеют большую протяженность, а также к ним предъявляются более строгие требования по прочности соединения и его герметичности. Ознакомиться с последовательностью выполнения швов можно на изображении.
Способы сварки
Еще одна классификация это по способу сварки. Существует много способов сварки, различающихся по условиям выполнения. На производстве (заводе), как правило, применяют:
- Полуавтоматическую сварку в среде СО2.
- Автоматическую электросварку в среде защищающего газа (для сварки электрическим током толстого металла сварка под слоем флюса).
- В монтажных работах, применяют: Ручную дуговую сварку. Автоматическую и полуавтоматическую (редко); Ручную сварку в среде аргона неплавящимся электродом (в основном применяется для алюминия и нержавейки).
Какие типы сварных соединений существуют
Шов образующиеся в результате кристаллизации или пластической деформации (сварка давлением) материала стыкуемых элементов. Представляет же собой пространство на стыке. Сварные швы можно поделить на:
Они имеют разные обозначения на чертежах, поэтому внимательно изучите проектную документацию, до такого как приступить к выполнению работ по возведению данной сварочной конструкции.
Независимо от того заводской шов или монтажный, он должен соответствовать предъявляемым требованиям и обеспечивать равнопрочность соединения. Существует много типов сварных соединений, предлагаем наглядно ознакомиться с наиболее применяемыми и распространенными:
- Стыковое соединение.
- Угловое соединение.
- Тавровое соединение.
- Нахлёсточное соединение
Допуски указываются в нормативной документации, а именно в ГОСТ Р 13920-2017.
Как выполнять сварочные швы правильно
Чтобы выполнить сварной шов правильно, во-первых, необходимо ознакомиться нормативной сварочной и проектной документацией. Необходимая проектная документация представляется в виде основного комплекта чертежей марки КМ, и КМД (конструкции металлические, конструкции металлические деталировочные). В альбоме раздела КМ вы получите общие сведения о металлических сварных конструкциях объекта строительства (или его части):
- Общий вид;
- состав конструкций (сколько балок, колонн, ферм, связей и др. деталей);
- основные узлы соединения;
- указания к выполнению работ;
- сведения о нагрузках на конструкции;
- спецификация металлопроката.
В разделе КМД вы найдете:
- подробные чертежи каждого металлического элемента;
- детально разработанными узлы соединения элементов;
- уточненную спецификацию металлопроката.
Читайте примечания и указания к выполнению работ на чертежах. Там могут содержаться важные моменты, без соблюдения которых изготавливаемая металлоконструкция не будет отвечать применяемым к ней требованиям.
Сборку и сварку элементов необходимо производить только при наличии документально разработанной технологии работ по сварке данной конструкции.
Документация выполняется в виде технологических карт и (или) проекта производства (ППСР) на сварочные работы. В них детально отражены все вопросы по процессу и материалам.
Последовательность выполнения сварки
Расскажем более подробно как правильно выполнить шов. Для этого важно вести работы поэтапно:
1 этап: Ознакомление с технической документацией на сварку.
2 этап: Подготовка рабочего места, оборудования и материалов (о том, какие именно выбрать материалы для сварки, можете ознакомиться на нашем сайте mrmetall.ru).
3 этап: Осуществление самих сварочных работ.
4 этап: Неразрушающий контроль получившегося шва.
Выбор способа зависит от множества условий и различных факторов. Основные из них: толщина элементов, длина выполненного шва, тип используемой сварки и шва, ответственность заваренной конструкции и т.д.
Техника сварки металлоконструкций
Для швов различной протяженности необходимо применять специальные методы сварки.
Короткие швы протяженностью >250 мм выполняются «напроход». Это когда сварщик зажигаю дугу ведет ее от одного края изделия к другому без остановки в процессе сварки.
Швы протяженностью 1000 мм называются средними. Такие швы правильно выполнять от центра изделия и перемещаться к краям. Наилучший способ осуществлять 2 сварщикам параллельно. При таком подходе два сварщика ведут работу к краю шва, стараясь выполнять ее с одинаковой скоростью.
Длинными называются швы протяженность которых превышает 1000 мм. Для соединения столь протяженных швов используется несколько различных методов.
Первым является обратноступенчатый способ. При его использовании шов делиться на участки, которые заваривают путем провара 150-200 мм шва. Останавливаясь и выполняя следующий шов так, чтобы его конец пришел в начало предыдущего.
Сварка идет в одном направлении, а расположение нового участка в противоположном. Это легко понять посмотрев на картинку ниже.
Аналогично обратноступенчатым методом можно произвести сварки от середины изделия к краям. Два сварщика выполняют работу на своей половине изделия. Этим способом можно заварить, как и за один проход изделие малой толщины, так и толстые, несколькими проходами.
Участок каждого сварщика делится на более мелкие участки.
Процесс, как и в предыдущем случае идет в одну сторону, а наложение новых швов в другую.
Еще один способ – вразброс. Шов делиться на равные участки количеством 5-6 участков. Далее варят участок по центру.
Также накладывая швы небольшой протяженности в противоположном направлении от направления сварки. Далее варятся наиболее удаленные участки по краям и завершают процесс средних участков шва. Каждый из этих методов значительно сократит деформации конструкции после сварки.
Источник: mrmetall.ru
Какие виды сварки бывают: классификация и характеристика способов сварки
У каждого порядочного хозяина сварка должна быть под рукой совсем не для того, чтобы показывать чудеса профессионализма. Обычные бытовые вопросы иногда требуют только сварки, поэтому освоить базовые принципы владения технологией нужно.
Сварка — это прочное соединение металлов на уровне атомных связей, которое достигается путем повышения температуры. Правильно сваренные детали ничем не отличаются по прочности от монолитной конструкции. В принципе, сварочные работы можно разделить на механическую сварку, термическую и термомеханическую. Подвидов и технологий существует уйма, но из доступных остаются несколько видов термической сварки:
- Электродуговая сварка. Этим способом свариваются между собой разные по структуре и по марке стальные детали. Процесс происходит благодаря электрической дуге, часто используется в ремонтных или монтажных работах. Электродуговая сворка может позволить соединять детали в труднодоступных местах.
- Сварка электрошлаком. Используется только в машиностроении и для строительства толстостенных конструкций. Сварка происходит в среде расплавленного шлака.
- Плазменная сварка. Технологичный вид сварки, который использует плотную плазму. При помощи этого метода можно проводить не только соединение металлов, но и резку, плавку, напыление, наплавку и формирование деталей и поверхностей.
- Газоплазменная сварка. Универсальный вид сварки, использующий газовую плазму. Может применяться для ремонта, восстановления поверхностей, термической правки, пайки, наплавления и термообработки.
Также сварки термомеханической подгруппы представлены контактной сваркой с нагревом от электричества или давления, а также диффузионной сваркой, где соединение происходит в условиях вакуума. Механические сварки могут быть ультразвуковыми, при работе с полимерными материалами, и взрывной технологией для крупных объектов. В гаражах и дома мы используем чаще всего электродуговую сварку, инверторную и газовую сварку.
Основные виды сварки
Имеются различные способы сварки. Способы сварки и виды сварных соединений необходимо знать, чтобы выбирать правильное оборудование, расходные материалы и устанавливать нужные режимы. Виды сварки и их краткая характеристика должны быть тем знанием, которое позволит в результате получить качественный, красивый и прочный шов. Каждый способ обладает своими нюансами, преимуществами и недостатками.
В сварке могут использоваться нагревание или давление, а также их сочетание. В соответствии с этим виды сварки и их характеристики разделяются на две большие группы — плавлением и давлением.
Технология сварки заключается в образовании межатомной связи между металлическими изделиями и получению в результате прочного неразъемного соединения. Первая стадия процесса заключается в максимально близком приближении свариваемых элементов друг к другу.
Однако на этом этапе достаточного взаимного проникновения атомов невозможно. Это объясняется тем, что при обычной температуре не помогут даже значительные прилагаемые усилия. Этому помешает твердость материала, а также то, что даже при самой хорошей обработке контакт между деталями будет происходить не по всей поверхности, а только по нескольким точкам. К тому же прочному соединению будут препятствовать остатки на поверхностях грязи, окисел, жировых пленок.
Прочный физический контакт будет возможен только в результате применения сильного давления или расплавлением краев соединяемых металлических деталей. При этом исчезает зазор между соединяемыми деталями, и они начинают представлять собой единое целое.
Виды классификации способов сварки предполагают сварку плавлением без применения давления, термомеханическую с использованием тепловой энергии и давления и сварку давлением. Распространенный способ — это плавление соединяемых элементов.
Способы сварки металлов:
- Ручная электродуговая.
- Газовая.
- Полуавтоматическая.
- Автоматическая.
- ТИГ сварка.
- Электронно-лучевая.
- Электрошлаковая.
- Плазменная.
- Диффузионная.
- Контактная электрическая.
- Стыковая контактная.
- Шовная контактная.
- Точечная контактная.
- Точечная конденсатная.
- Индукционная.
Применяемые при этом электроды бывают плавящиеся и неплавящиеся. Краткая характеристика основных видов сварки поможет выбрать наиболее подходящий способ для конкретного процесса. Все виды сварочных работ предполагают использование подходящего для них оборудования.
Также имеет свои особенности сварка разных металлов. Так, например, трудность при сваривании углеродистых сталей заключается в закалке зоны около шва, и образовании многочисленных трещин. Поэтому при сваривании изделий из таких материалов рекомендуется предварительно подогревать детали до температуры 100-300 градусов, применять многослойный шов, использовать электроды с покрытием, после окончания процесса проводит отпуск получившегося изделия до температуры 300 градусов.
Сварка чугунных изделий производится чугунными электродами с предварительным подогревом деталей. Диаметр чугунных электродов выбирают в диапазоне 8-25 миллиметров.
Свариваемость меди понижают примеси кислорода, водорода и свинца. Результативным является использование газовой сварки. Если применяется дуговая сварка, то электроды выбирают угольные или металлические. Сварке алюминиевых деталей препятствует наличие оксидов. Их помогает растворять использование флюсов.
Дуговая сварка
Виды сварки плавлением можно начать с ММА, как называют ручную дуговую сварку. Ее заслуженно можно отнести к лидеру народной популярности. Такой процесс сварки металлов можно осуществлять с помощью инвертора или трансформатора. В обоих случаях необходимо использование электродов. Такой способ является простым и недорогим.
Источником появления тепла служит электрическая дуга, образуемая между электродами, один из которых является расходным материалом, а другим являются свариваемые элементы. Такая дуга является мощным разрядом в газовой среде.
Обмазку электрода можно сравнить с «застывшим» газовым облаком. При начале расплавления металла начинает плавиться и обмазка электрода. Высвободившееся облако газа обеспечивает защиту от проникновения на место образования сварного шва кислорода, а для дуги обеспечивает проводящую ионизированную среду. Такое явление существенно снижает риск образования пористости.
- Универсальность. С помощью этой технологии можно сваривать изделия, изготовленные практически из всех видов металла.
- Сваривать детали этим способом можно при любом пространственном положении изделия. Сюда входят ограниченные пространства, что бывает не под силу другим методам.
- Технология сварки металла методом ММА позволяет это осуществлять при различных неблагоприятных условиях окружающей среды.
- Простота использования и недорогая стоимость позволяют использовать этот метод не только в промышленных, но и в домашних условиях.
К недостаткам можно отнести невысокую производительность, наличие хотя бы небольшого опыта, достаточно сложный процесс разжигания дуги с риском залипания электрода, нанесение вреда здоровью при испарении обмазки некоторых видов электродов.
Избежать залипания электрода поможет использование современного оборудования, имеющего функции против появления такого эффекта. Оборудование для дуговой сварки разделяется на трансформаторы и инверторы, которые имеют неоспоримые преимущества и значительно облегчают процесс электрической сварки.
Трансформаторы, долгое время державшие первенство, сейчас считаются устаревшим оборудованием, тяжелыми и имеющими большие габариты. Сваривать металлические детали с их помощью можно только на переменном токе.
Выходом из положения является применение сварочных выпрямителей. Их функция заключается в преобразовании переменного тока в постоянный. Это дает существенное преимущество, поскольку при использовании постоянного тока швы получаются более качественными, ровными, крепкими и аккуратными. Однако выпрямители также имеют большую массу и крупные габариты, к тому же при их использовании необходимы профессиональные навыки.
Инверторы, являющиеся современным оборудованием, представляют собой самый оптимальный выбор для осуществления процесса. Это можно порекомендовать даже новичкам, поскольку не составляет особого труда разобраться с принципами работы с ними. Выпрямитель тока встроен в устройство инвертора, поэтому дополнительного оборудования не потребуется. Имеющиеся функции помогут избежать залипания электродов и помогут быстрому розжигу дуги. Инверторы имеют настолько небольшой вес и малые габариты, что их с легкостью можно переносить в руках.
Подбирать электроды следует по таким параметрам, как их диаметр и состав металла внутри. Выбор типа металла является важным, поскольку при осуществлении сварного процесса происходит его плавление, и он по капле перетекает в общую массу и сплавляется с ней. Однородность металлов деталей и электрода служит гарантией крепкого соединения и получения однородного шва.
Сделать правильный выбор при покупке электродов нетрудно, поскольку на упаковке обычно указывается, для каких видов металлов подходят данные расходные материалы. При покупке также необходимо определиться с толщиной этих расходняков. Это напрямую зависит от толщины свариваемых изделий.
Важным является приобретение навыков при розжиге дуги. На выбор можно использовать методы касанием или чирканьем. При касании происходит быстрое соприкосновение электрода с поверхностью изделия и затем его отвод на небольшое расстояние. Продолжать делать такие постукивания электродом по поверхности следует до тех пор, пока не появится дуга.
Чирканье электродом по поверхности по типу зажигания спички более предпочтительно, но неудобно в труднодоступных местах. Навыки быстрого розжига дуги приходят с опытом.
После розжига дуги важно поддерживать стабильность ее горения. Для этого электрод необходимо держать от поверхности на постоянном расстоянии, равным приблизительно двум миллиметрам. По мере сгорания электрода не следует забывать его опускать. Если держать электрод слишком близко к поверхности изделия, то он может к ней прилипнуть, а если далеко, то возникает опасность того, что зажженная дуга погаснет.
Основы сварки электродом говорят о том, что прогревать металл лучше делать круговыми движениями для того, чтобы успела образоваться так называемая сварочная ванна. Чтобы шов получался ровным, после разогрева электрод следует вести не чересчур медленно, но и не особенно быстро, чтобы избежать появления дефектов.
Газовая сварка
Методы сварки включают в себя такой распространенный способ соединения изделий как газоплавильный. Сущность газовой сварки состоит в том, что кромки деталей в местах их соединения разогреваются до нужной температуры с помощью горелки, входящей в применяемое оборудование.
Знания все о сварке предполагают изучение этого проверенного временем способа соединения металлов. Газовая сварка не является трудной в исполнении, оборудование для не нее не особо дорогое, электрической энергии потребляется немного, что является неоспоримыми преимуществами.
Относительным недостатком можно назвать низкую скорость разогревания металла, которая еще больше понижается, если сваривать приходится толстые детали. Поэтому ее рекомендуется применять, когда происходит сварка металлических листов толщиной не более шести миллиметров. Также может появиться такой неприятный недостаток, как коробление. С помощью газового метода можно сваривать практически все виды металлов.
В отличие от дуговой сварки электроды здесь не применяются. В их роли выступает присадочная проволока, а источником нагрева служит горелка. Переходя в жидкое состояние, металл образует сварочную ванну, которая в дальнейшем будет находиться под защитой газовой среды, вытесняющей воздух. Расплавленный металл медленно остывает и затвердевает.
Высокотемпературное пламя образуется при сгорании смеси ацетилена с кислородом. Такая смесь выполняет функции окислителя. Вместо ацетилена можно использовать его заменители, например, метан или пропан-бутан, но следует учитывать, что это понизит температуру горения, поэтому такую замену в основном проводят при резке металлов или при сваривании металлов, имеющих низкую температуру плавления, таких как медь, латунь, бронза. Наибольшую температуру горения оказывает ацетилен.
Процесс сварки таким способом разделяется на «правую» и «левую» методики.
Наиболее распространен «левый» способ. Им можно пользоваться при соединении металлов, имеющих не слишком большое значение температуры плавления и небольшую толщину. «Правый» способ применяют для соединения металлических изделий толщиной свыше трех миллиметров, обладающих повышенной теплопроводностью. Благодаря лучшей защите металла шов получается более качественным, скорость процесса повышена, а расход газов на 10% меньше.
При «правом» способе направление перемещения горелки слева направо, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Пламя при этом направлено на уже готовый участок шва, а присадочную проволоку передвигают вслед за горелкой. При «правом» способе толстых деталей необходима предварительная разделка кромок деталей.
Мундштуком осуществляют колебания с небольшой амплитудой, за исключением того, когда осуществляют сварку тонкостенных листов. Пламя горелки направляют таким образом, чтобы кромки деталей были расположены в восстановительной зоне и находились на расстоянии 2-6 миллиметров от конца пламени. Мундштук горелки может быть перпендикулярным поверхности или находиться под наклоном к ней.
Техпроцесс на сварку газовым методом предполагает, что перед тем, как приступить к работе, необходимо проверить рабочее состояние горелки:
- Качество присоединения шлангов.
- Наличие разрежения.
- Газонепроницаемость.
Перед тем, как к горелке присоединить шланги от кислорода и ацетилена, их необходимо продуть. Чтобы проверить надежность присоединения шлангов, необходимо выполнить следующие действия:
- шланг для подачи кислорода присоединить к штуцеру горелки;
- произвести проверку горелки на разрежение в канале, где происходит подача ацетилена;
- присоединить шланг для подачи ацетилена;
- проверить надежность крепежа шлангов предназначенными для этого хомутами.
Вместо хомутов можно закреплять шланги проволокой. Также используются накидные гайки с правой или левой резьбой.
Проверку на разрежение или иначе «подсос» следует проводить следующим образом:
- закрепить наконечник с помощью накидной гайки;
- присоединить к ниппелю шланг подачи кислорода;
- следя за показаниями манометра, выставить давление кислорода;
- открыть вентили — вначале ацетилена, а затем кислорода;
- поднести палец к ниппелю ацетилена.
Если палец присосется, то это будет означать, что разрежение имеется. При его отсутствии следует:
- закрыть вентиль кислорода и отсоединить наконечник;
- вывернуть на пол-оборота инжектор из смесительной камеры;
- собрать горелку и осуществить повторную проверку;
- если разрежение по-прежнему отсутствует, то придется снять наконечник, вынуть инжектор и мундштук, и проверить, не засорены ли в них отверстия;
- при необходимости прочистить отверстия мягкой проволокой и продуть воздухом;
- проверить плотность прилегания инжектора к седлу корпуса горелки и при необходимости усилить его.
Затем осуществляется проверка на газонепроницаемость:
- присоединять шланг подачи кислорода попеременно к ниппелям ацетилена и кислорода;
- подать кислород под давлением;
- на несколько мгновений опустить мундштук в воду.
При отсутствии непроницаемости газов на поверхности воды не должны появляться пузырьки. Газовая сварка хорошо показывает себя при сварке стыковым методом. Однако применять ее для образования соединений методом внахлест и тавровым способом не рекомендуется, поскольку для этого необходим сильный нагрев деталей.
Сварочный процесс должен осуществляться при движении горелкой только в одном направлении — вдоль оси шва. Отсутствие колебаний приводит к образованию более узкого шва, чем когда осуществляется сварка покрытыми электродами. Чтобы избегать разбрызгивания, конец проволоки в ванну надо подавать плавно. О степени проплавления можно будет судить по внешнему виду ванны. При нормальном проплавлении она будет вытянута вдоль направления шва, а при плохом форма ванны будет иметь круглую или овальную форму.
Окончание сварки и заваривание кратера осуществляют, уменьшая постепенно силу тока с помощью реостата, включенного в сварочную цепь. Удлинением дуги, отводя горелку, прекращать сварку не рекомендуется, поскольку такой способ ухудшит защиту шва газом. Подачу газа следует прекращать только через несколько секунд после того, как прекратится горение дуги.
Полуавтоматическая сварка
Все виды сварочных работ включают в себя еще один популярный вид — сварку при помощи полуавтомата. Полуавтоматическую сварку можно назвать разновидностью дуговой сварки. Отличие заключается в том, что одновременно осуществляется подача в зону сварки проволоки и воздействие газа, который защищает все материалы от негативного воздействия окружающего воздуха, который способен замедлить процесс или даже полностью его прекратить.
Когда сваривание полуавтоматами происходит в углекислом газе, то такой вид носит название MAG, а если в инертном, то MIG. Сварочные полуавтоматы относятся к несложному виду оборудования. Его основные части состоят из источника постоянного тока, обеспечивающего подачу напряжения, и особого механизма для подачи в зону сварки проволоки, играющей роль электрода. Проволока намотана на специальную бобину. Скорость ее подачи является регулируемой.
К достоинствам этого способа относятся возможность работы в труднодоступных местах, небольшое количество отходов, получение тонкого и прочного шва, быстрота процесса. В полуавтоматах используются алюминиевые или стальные проволоки. Защита получаемого шва возможна следующими способами: флюсом; защитными газами; использованием порошкового вида проволоки. Чаще всего применяются защитные газы. Имеются стационарные аппараты и бытовые, более удобные для домашнего использования.
В корпусе полуавтомата находятся блок управления и источник питания. С помощью кабелей к прибору подсоединяются — механизм подачи проволоки, намотанной на катушку, и сварочная горелка.
Подача проволоки осуществляется одним из трех вариантов:
- Тянущий. Привод расположен на ручке горелки. Происходит вытягивание проволоки с бобины, на которую она намотана.
- Толкающий. Привод осуществляет подталкивание проволоки в сторону горелки.
- Тянуще-толкающая подача является гибридом двух предыдущих способов.
С помощью сварочного рукава на место работы подается газ, проволока и, в некоторых моделях, жидкость для охлаждения. Длина шланга определяет возможность работы в труднодоступных местах. Для подключения сварочного рукава используется унифицированный разъем.
В центре находится большой штуцер, через который осуществляется выход сварочной проволоки. Вверху расположены два контакта для переключения режимов. К разъему подсоединяются провода для подачи тока. К шлангу также подключается горелка. Контактный наконечник является сменной деталью. Он выбирается в зависимости от диаметров используемой проволоки.
В свою очередь размер сопла зависит от диаметра наконечника.
Проволока наматывается на катушки. Они имеют различные размеров в зависимости от диаметра проволоки. Устройство подачи проволоки имеет роликовый механизм. Вращение устройства подачи осуществляется с помощью электродвигателя. Регулировка натяжения проволоки производится оператором вручную. Сварочная проволока поступает в зону сварки беспрерывно.
Дуга возникает между проволокой и деталями, подлежащими сварке. Сопло служит для формирования облака газа.
Возможна сварка полуавтоматом без применения газа. В этом случае необходимо использование особого вида проволоки, внутри которой находится флюс. Такая проволока носит название порошковой. При сгорании проволоки освобожденный флюс создает защитную среду. Если предстоит сваривание ответственных конструкций, то следует выбирать сварку с газом, что является более надежным.
Необходим грамотный выбор сварочной проволоки.
Основной критерий — соответствие состава проволоки материалу свариваемых изделий. Этому поможет маркировка проволок. Выбор диаметра проволоки зависит от толщины изделий. Теория сварки металлов предполагает зависимость выставляемого сварочного тока от толщины материалов и выбранного диаметра электродов.
Необходимостью является установление скорости, с которой будет осуществляться подача проволоки, а также расход газа, устанавливаемый с помощью вентиля на редукторе. Основная особенность использования полуавтомата заключается в том, что вначале проволока подается в сторону места сварки механически, но затем ее перемещение осуществляется вручную.
Автоматическая сварка
Такой вид сварки, имеющий множество достоинств, часто находит применение в промышленном производстве. Ее можно назвать высшей степенью механизации электродуговой сварки, выполняемой под защитой флюсом.
Подача проволоки является полностью механизированной. Сварщику требуется только знать, как настроить применяемое оборудование и запустить его. Получаемый шов получается ровным и красивым засчет того, что во время всего процесса поддерживается ровное горение дуги.
ТИГ сварка
Является одним из современных методов сварки различных изделий. Сутью этого способа является горение электрической дуги в аргоне — газе, обладающем рядом замечательных качеств. Поскольку он тяжелее воздуха, то после проникновения в сварочную ванну аргон приступает к ее защите от других газов, обитающих в атмосфере. Шов в результате получается без оксидной пленки.
При этом способе применяется вольфрамовый электрод, что дает возможность сваривать различные виды стали. За ним необходим постоянный уход, заключающийся в регулярной заточке его кончика. Для розжига необходим осциллятор, вырабатывающий ток высокой частоты, который подсоединяют к инвертору.
Принцип работы автоматической аргонодуговой сварки похож на ручной вариант с тем отличием, что управление происходит автоматически согласно установленной оператором программе. В этом виде сварки используется инвертор. При осуществлении сварки инвертором теория происходящего процесса состоит в том, что такое устройство позволяет преобразовывать постоянный ток в переменный. В дальнейшем инвертор может изменять частоту полученного переменного тока.
Электрошлаковая сварка
Отличается очень высокой производительностью и экономичностью. Электрошлаковая сварка применима на производствах любого масштаба. Сущность ЭШС заключается в том, что соединение элементов происходит в среде расплавленного шлака. В него опускается электрод, через который проходит электрический ток. Тем самым в шлаке начинает генерироваться тепло.
Оборудование для ЭШС состоит из сварочного аппарата и дополнительных приборов для осуществления вспомогательных функций.
Электронно-лучевая сварка
Методы сварки металла включают в себя быстро развивающиеся технологии. К ним относится и электронно-лучевая сварка. Ее суть заключается в том, что нагрев изделий и их дальнейший расплав происходит под воздействием потока высокоскоростных электронов, которые двигаются в вакууме под воздействием электрического поля.
Под воздействием сфокусированного потока электронов происходит расплавление кромок деталей и их соединение. Диапазон ее возможностей весьма обширен — тугоплавкие и химически активные металлы, прочные сплавы.
К особенностям такого вида сварки можно отнести то, что поскольку сварка происходит в вакууме, то поверхности деталей остаются чистыми, а также то, что шов получается быстро и минимальной толщины. Он сохраняет повышенное качество даже в том случае, если свариваются детали разных толщин, имеющих разный состав и температуру плавления. Сварочное оборудование имеет простое управление и не требует продолжительного обучения.
Диффузионная сварка
Современные методы сварки включают в себя и такой вид, как диффузионная сварка. Ее сущность заключается в том, что происходит взаимное проникновение атомов соединяемых деталей при их сильном сдавливании и нагревании до определенной температуры.
Температура нагрева зависит от свойств металла, но не является слишком большой.
Контактная сварка
При контактной сварке неразъемное соединение образуется за счет разогрева деталей проходящим через них электрическим током и применением давления. Областью использования является промышленное производство, массовое и серийное.
Имеются следующие виды контактной сварки:
- точечная;
- стыковая;
- шовная;
- рельефная;
- шовно-стыковая.
Наибольшее распространение получила точечная сварка. Техпроцесс сварки таким способом заключается в соединении деталей в одном или нескольких местах в зависимости от их длины.
До температуры своего плавления металл разогревается не по всей длине, а только в определенных точках. Шов получается надежным и эстетичным. Применение этого метода сокращает время сварочного процесса. Число управляемых параметров незначительно, поэтому особых требований к квалификации сварщика не предъявляется.
Электродуговая сварка
Принцип работы электрической дуговой сварки основан на расплавлении металлов под воздействием электрической дуги. Электрическая дуга образуется за счет увеличения напряжения между двумя электродами, в результате которого происходит электрический пробой. Основа технологического метода электродуговой сварки состоит в коротком замыкании, а если быть точнее, то в насыщении межатомного пространства электрически заряженными частицами. В момент соприкосновения между электродом и изделием протекает ток, возникающая электрическая дуга, температура которой достигает 7000°С, расплавляет металл и образует сварочную ванну.
Ручная дуговая сварка
Аппараты для ручной дуговой сварки широко распространены в быту из-за относительной недороговизмы аппаратов. Так же для этого метода не требуется газ или флюс, так как их функции выполняет электрод. Принцип дуговой сварки сохранен: плавление поверхностей происходит за счет касание электрода к металлическому изделию, которое образует короткое замыкание и происходит зажигание дуги.
Сварка неплавящимся электродом (TIG)
Данная технология схода с газовой сваркой, суть ее заключается в следующем: электрическая дуга зажигается в атмосфере инертного газа между электродом и материалом, таким образом расплавляя металл и присадочный материал. Электрод изготавливают из тугоплавких металлов – вольфрама, циркония, гафния. Данная технология требует высокой квалификации от специалиста.
Сварка в защитных газах
Данный вид сварки может выполняться как плавящимся электродом, так и неплавящимся. Для неплавящихся электродов нужна присадка, а плавящийся электрод сам участвует в процессе создания шва. Инертные газы применяются для обеспечения устойчивости работы дуги. Выбор газа определяет состав свариваемого изделия. Газ подается либо центрально, либо сбоку при повышенных мощностях.
Сварка под флюсом
Гипербарическая сварка
Гипербарическая сварка – это сварка в условиях повышенного давления, например, в воде, либо специально созданной сухой среде. При подводной сварке используется водонепроницаемый электрод который расплавляется и попадает на металл с помощью газового пузыря. Подводная сварка – это один из самых сложных видов работ, которая помимо всего прочего обладает повышенной опасностью поражения электрическим током.
Термитная
Название вызвано использованием при нагреве металла термита. Требуется в «полевых» условиях, при отсутствии постоянного источника электроснабжения и газовых баллонов. Является простым для выполнения вариантом деятельности. Чаще всего используется при наплавке конструкций, а также соединения хрупких и чугунных сплавов в соответствии с требованиями ГОСТ Р 57181-2016. При соединении используются порошковые смеси, в процессе горения которых образуется большое количество энергии под воздействием которого металлы переходят в полужидкое состояние.
Тлеющим разрядом
Сварка тлеющим разрядом осуществляется путем взаимодействия диффузии за счет применения индукционного нагрева. За счет этого соединение происходит на атомарном уровне.
Световая
При проведении соединения используется мощный световой луч. В качестве источника его подачи используется угольная дуга, дуговые газозарядные лампы. Самым перспективными сегодня считаются дуговые ксеоновые лампы, баллоны которых наполнены ксеоном под давлением 4-10 ат (0,4-1 МН/м2). Давление при работе лампы дополнительно возрастает до 10-30 ат (1-3 МН/м2).
При этом дуговой разряд сильно сжимается и образует высококонцентрированный источник лучистой энергии достигающий по температуре разряда 12 000 °С. Повышение плотности лучистого потока формируется за счет использования комбинированных полиэлипсоидных систем. Дуговые ксеоновые лампы обеспечивают фокусировку потока.
Индукционная
Сваривание обеспечивает нагрев под воздействием индукционного тока, формирующегося в сварочном аппарате под воздействием индукционного тока. Подобные инновационные виды отличаются повышенной точностью. Индукционная катушка возбуждается за счет использования тока высокой частоты.
Использование лазера
Один из современных типов технологий. Энергетическим источником становится лазер, обеспечивающий особую прочность готовых изделий. Рекомендуется в работе с конструкциями сложной конфигурации. При соединении создается гладкий и эстетичный ровный шов, лишенный малейших искривлений. Применяется для соединения элементов из алюминия, серебра, нержавейки.
При плавлении и нагревании используется лазерный луч с монохромным потоком генерируемого лазером светового потока. Контроль потока обеспечивает фокусировка линз и отклонение призм. При работе применяются автоматические, полуавтоматические и роботизированные устройства. Плавление происходит размеренно и точно. Необходимость использования вакуума отсутствует.
Литейный способ
Еще один тип работ, в наши дни применяемый все реже. Он заключается в заливке предварительно подготовленного места работы жидким перегретым металлом. Нагрев может производиться, например, в тигле. Процесс сходен с выполнением отливок. Место сварки требуется заформовывать, просушивать и прокаливать.
При подогреве изделия в заформованный стык заливают перегретый расплавленный металл.
В современном производстве методика наиболее применима в работе с драгоценными благородными материалами. Проводится работа с изделиями из бронзы, посудой, украшениями. Именно так в древности выполнялись свинцовые трубы трубопроводов.
Что представляет сварка под флюсом
Проводится с использованием специальных флюсовых порошков, обеспечивающие рабочую область выделяющимся в процессе плавления защитным газом. Флюс поддерживает сохранение расплавочной дуги и обеспечивает защиту расплава. Процесс полностью автоматизирован от подачи флюса до перемещения вдоль стыка. Среди направления использования создание:
- модулей спутников;
- башенных кранов;
- корпусов морских судов;
- иного оборудования где применяются протяженные швы и швы большой толщины.
Формируется шов повышенной прочности, необходимый для создания оборудования, выдерживающие сложные условия эксплуатации. Такие, как огромное давление и экстремальные температуры.
Механический класс сварки
Эти виды сварки выполняют за счет энергии трения, взрыва, давления, ультразвука. При их воздействии выделяется тепло, достаточное для плавления материала.
Трением
Технология входит в список перспективных разработок. Одну из соединяемых заготовок крепят неподвижно, другая, прижатая к ней, вращается. Подробная классификация сварки трением включает следующие подвиды:
- С перемешиванием выполняется на оборудовании, оснащенном инструментом вращения с двумя элементами ― основанием (бурт) и наконечником (пин). Соединение создается методом выдавливания с последующим перемешиванием.
- Радиальной стыкуют трубы, помещая вращающееся кольцо между торцами.
- Штифтовой заделывают небольшие сквозные повреждения. На месте дырки просверливают круглое отверстие, в которое вставляют вращающийся штифт из такого же металла что и основной.
- Линейная выполняется без вращения. Заготовки трут одна о другую пока не начнут плавиться стыкуемые поверхности, затем повышают усилие сдавливания.
- При инерционном виде сварки заготовки двигают за счет энергии предварительно раскрученного маховика.
Метод сварки трением с перемешиванием
Холодная
В основу технологии заложен принцип сжатия деталей пуансонами с усилием 1 — 3 ГПа. Точечную сварку проводят стержнями, шовную роликами. Пуансон вдавливают в заготовку до образования пластической деформации, что способствует появлению межатомных связей и созданию соединения между деталями. Сварку выполняют простым сжатием или со сдвигом деталей после сдавливания. Прочность соединения зависит от качества подготовки места стыка, степени сжатия, характера воздействия (вибрационное либо статичное).
Разновидности холодной сварки металлов
При соединении встык величину деформации ограничивают размером выступающих из зажимов частей заготовок. Чтобы предотвратить коробление листов при соединении внахлест, их закрепляют прижимами. После пластической деформации металл становится тверже, поэтому прочность шва выше, чем у заготовок.
Холодный вид соединения применяют для работы с алюминием, медью, цинком, серебром и другими металлами с низкой температурой плавления.
Взрывом
Для сварки этим способом над стационарной заготовкой под углом 3 — 10⁰ или параллельно с зазором 2 — 10 мм устанавливают подвижную (метаемую) деталь. На верхнюю пластину помещают равномерный слой взрывчатки с детонатором. Чтобы предотвратить боковой разлет металла, площадь подвижной заготовки делают больше чем у нижней.
После подрыва подвижная деталь под действием ударной волны с большой скоростью ударяется о нижнюю пластину. В месте соприкосновения образуется давление, значительно превышающее прочность металлов, при котором материал начинает течь как жидкость. В результате поверхности одновременно деформируются, создавая соединение. Длительность процесса не превышает миллионных долей секунды, поэтому диффузия происходит только в поверхностных слоях.
Несмотря на то, что до сих пор не разработана детальная методика этого вида, сварка взрывом получила широкое применение в промышленности для стыковки разнородных материалов. Таким способом получают биметаллические соединения, детали и заготовки больших размеров, наносят плакирующие слои толщиной до 45 мм.
Ультразвуковая
Такой вид сварки проводится преобразователем ультразвуковых волн в механические колебания в сочетании с небольшим давлением. При воздействии на поверхность сначала за счет сухого трения разрушается оксидная пленка, затем плавится материал. Поэтому нет необходимости в тщательной подготовке стыка. Для повышения прочности шва детали предварительно подогревают.
Помимо металлов, в том числе тугоплавких, этим видом соединяют пластик, кожу, ткани. Также доступно сваривание стекла и керамики с металлом, фольги толщиной 0,001 мм. При необходимости детали можно сваривать с металлической или пластмассовой прослойкой между ними.
В сварочном деле постоянно что-то меняется, улучшается, дорабатывается. Поэтому для повышения мастерства полезно знакомиться с новинками и тестировать на практике. Какие-то из них пригодятся профессиональным сварщикам, другие для домашних работ.
Процесс сварки
Вне зависимости от количества видов сварки существуют 3 основных этапа процесса сварки, присущей всем технологическим разновидностям, это:
- Формирование контакта;
- Образование связи;
- Создание шва.
Формирование контакта
Формирование контакта происходит в результате доведения металла до температуры плавления или кипения, главное не перепутать сварочную ванну с плавкой железа.
Образование химической и металлической связи
Второй, наиболее важный шаг – образование сварочной ванны, она всегда выглядит одинаково вне зависимости от вида сварки. Ванна возникает в результате сплавления металла и вспомогательного материала, к примеру электрода под воздействием, температуры, на вид как белое пятно. От ширины и длины этого пятна зависит качество шва.
Создание и типы прочного соединения
Основными качественными характеристиками швов являются их ширина и высота.
По типу соединения выделяют (самые распространенные):
- стыковые – детали в одной плоскости (сваривают трубы, листы и тд).
- нахлесточные – детали располагаются параллельно, только одна идет внахлест к другой (сваривают листы, толщина которых не более 12 мм).
- торцовые – сваривают 2 торца элементов.
- угловые – элементы располагаются под углом друг к другу.
Термомеханический класс сварки
Комбинированными видами соединяют небольшие детали, если другими способами невозможно создать качественный шов. К термомеханическому классу относят следующие виды сварки:
- кузнечную;
- контактную;
- диффузионную.
Кузнечная
Этим способом соединяли железные заготовки задолго до изобретения современных классов сварки. Заготовки нагревают в горне, кладут одна на другую, скрепляют ударами молота. Механизированный подвид, когда заготовки сдавливаются прессом, называют прессовой сваркой.
Принцип кузнечной сварки
Качество соединения зависит от опытности мастера. Перечень металлов, которые можно сваривать этим методом, ограничен видами с хорошей пластичностью. Из-за малой производительности и низкой надежности соединения кузнечный вид сварки применяется редко.
Контактная
Металл нагревают током, проходящим через место соприкосновения заготовок, затем сжимают или осаживают. Этот вид легко автоматизируется, поэтому широко используется на предприятиях машиностроительной отрасли в составе роботизированных комплексов.
В зависимости от решаемых задач контактный вид сварки выполняют как:
- Точечную, зажимая детали между электродами. После подачи тока в месте сдавливания образуется точечное соединение.
- Стыковую с нагревом всей площади соприкосновения.
- Рельефную с предварительным нанесением выступов (рельефов) на соединяемые плоскости. После подачи тока рельефы деформируются, поверхность выравнивается.
- Шовную, когда детали соединяют внахлест роликовыми электродами.
Диффузионная
Технология основана на взаимном проникновении (диффузии) атомов материалов, если их плотно прижать один к другому. При нагреве скорость обмена частицами увеличивается. Сварку проводят в вакуумной камере или среде инертного газа. Детали сжимают с усилием не меньше 20 МПа, поверхностные слои нагревают электротоком до температуры близкой к точке плавления. Для надежного сцепления заготовки оставляют в этом положении на некоторое время, не отключая ток.
Технология сварочных работ
Для начала работ необходимо иметь минимальный набор оборудования, который включает в себя:
Электрод закрепляется в держателе, провод с зажимом плотно фиксируется к свариваемой детали. Начинать варить нужно только с опущенной маской, особенно, если опыта в сварочных работах мало.
Технология нанесения шва
Электрод подносят к свариваемому участку и держат под углом 45˚ к плоскости. Для начала нужно потренироваться ловить дугу. Это не так просто, как кажется, потому что при слишком маленьком расстоянии к будущему шву электрод будет прилипать к поверхности и цепь будет замыкать, а если держать слишком далеко, то дуга не возникнет. Также варить нужно только сухими и целыми электродами. Когда дуга поймана, просто ведут вдоль шва, оставляя расплавленный электрод на свариваемых поверхностях.
При этом учитывают толщину металла. Если слишком долго держать электрод на одном месте, то металл просто прогорит. Если металл не выдерживает дугу и прогорает, уменьшают силу тока. Если и это не помогает, тогда ставят более тонкий электрод. Электрод не нужно прижимать ко шву. Нужно почувствовать момент, когда он сам притягивается к поверхности.
Остается просто укладывать шов разных конфигураций, в зависимости от того, какие поверхности соединяются. Готовый шов оббивают молотком от шлака, зачищают и обрабатывают при необходимости.
Сварочный техпроцесс
В основы сварки входит понятие предварительного составления плана технологического процесса. Это будет являться своеобразным путеводителем по грамотному осуществлению сварочного процесса.
Технологический процесс сварки конкретных изделий поможет учесть все их особенности и нюансы.
Описание технологического процесса сварки излагается в специальном документе, который называется технологической картой. Ее можно причислить к своеобразному нормативному документу, в котором изложена теория сварочных работ. Технологический процесс на сварочном участке, изложенный в карте, является незаменимым помощником сварщика.
Пример техпроцесса сварки:
Руководящий материал в виде технологической карты должен содержать сведения о марках свариваемых деталях и рекомендации по выбору способа их соединения и пространственному расположению. Технологический процесс сварки охватывает требования к параметрам, выставляемым на применяемом оборудовании, диаметру используемых электродов, рекомендации по защите среды, выставлению полярности.
Технологический процесс сварки изделия содержит сведения о последовательности совершаемых действий. В ней также может содержаться расчет прикладных материалов, требуемых для осуществления данного процесса. В технологической карте содержатся небольшие эскизы, что увеличивает наглядность.
Интересное видео
Источник: tutsvarka.ru