Зміст
Розділ 1. Вступ
1.1 Зварка, поняття, види і класи
1.2 Історія розвитку зварювальноговиробництва
1.3. Організація робочого місцязварника
Розділ 2. Технологічний розділ
2.1 Опис технологічного процесуручного дугового зварювання
2.1.1 Характеристики сталей
2.1.2 Зварювання вуглецевихсталей РДЗ, режими зварювання
2.1.3 Зварювання легованихсталей, режими зварювання
2.2 Матеріали, що використовуютьсяпри зварювальних роботах
2.3 Інструменти, обладнання тапристосування що використовується при зварювальних роботах
Розділ 3. Техніка безпеки
3.1 Заходи промислової санітарії,техніки безпеки та протипожежної безпеки
Список використаних джерел
Розділ 1. Вступ
1.1 Зварювання,поняття, види та класи
Зварювання — цепроцес одержання нероз'ємного з'єднання шляхом встановлення міжатомних зв'язківміж зварюваними частинами при їх місцевому або загальному нагріванні,пластичною деформацією або їх спільною дією. Залежно від виду енергії зварювання поділяють на трикласи: термічний, термомеханічний та механічний. До термічного класу належатьвиди зварювання за допомогою плавлення, в яких для розплавлення металувикористовують теплову енергію:
— дуговезварювання, нагрівання здійснюється електричною дугою;
— плазмовезварювання, нагрівання здійснюється стиснутою дугою;
— газове зварювання,нагрівання здійснюється полум'ям газів;
— електрошлаковезварювання, для нагрівання використовують тепло, яке виділяється припроходженні електричного струму через розплавлений електропровідний шлак;
— електронно-променеве зварювання, для нагрівання використовують теплоелектричного променя, яке виділяється за рахунок бомбардування зони зварюваннянаправленим потоком електронів;
— лазернезварювання, розплавлення здійснюється енергією світлового променя, одержаноговід оптичного квантового генератора;
— термітнезварювання, використовується тепло, утворене в результаті спалювання термітногопорошку, який складається з суміші алюмінію та оксиду заліза.
Дотермомеханічного класу належать види зварювання, в яких використовуєтьсятеплова енергія й тиск:
— контактнезварювання, із використанням тиску та нагрівання при проходженні електричногоструму через контактні поверхні;
— дифузійнезварювання проходить через взаємну дифузію атомів контактних поверхонь притривалому впливі підвищеної температури і незначній пластичній деформації;
— пресовезварювання, нагрівання здійснюється полум'ям газів (газопресове зварювання),дугою (дугопресове зварювання), електрошлаковим процесом (шлакопресовезварювання), індукційним нагріванням (індукційно-пресове зварювання), термітом(термітно-пресове зварювання).
До механічногокласу належить зварювання, яке виконується з використанням механічної енергії йтиску:
— ультразвуковезварювання, тиск створюється ультразвуковими коливаннями;
— холоднезварювання, використовується тиск при значній пластичній деформації безнагрівання;
— зварюваннявибухом відбувається в результаті викликаного вибухом удару швидко рухомихчастин;
— зварюваннятертям відбувається в результаті стискання і нагрівання зварюваних деталей зарахунок тертя при їх обертанні;
— імпульсно-магнітне зварювання, тиск електрода підсилюється імпульсним магнітнимполем, завдяки чому подача електрода в період стискання прискорюєтьсянастільки, що набирає ударного характеру.
Процеси дуговогозварювання називаються механізованими у випадку, коли за допомогою різнихприводів і механізмів (електричних, пневматичних, гідравлічних та ін.)виконуються основні зварювальні операції, наприклад, подача електродного дротув зону зварювання, підвід електричного струму, подача захисного газу,переміщення зварювальної дуги вздовж шва, подача флюсу тощо.
Із механізованихспособів зварювання плавленням широко використовуються автоматичне інапівавтоматичне зварювання під флюсом, у захисних газах, електрошлакове та ін.
1.2 Історія розвиткузварювального виробництва
Процес зварюванняз'явився ще в бронзовому віці, коли людина почала набувати досвід при обробціметалів для виготовлення знарядь праці, бойової зброї, прикрас та іншихвиробів.
Першим відомим способомзварювання було ковальське. Воно забезпечувало достатньо високу, на той час,якість з'єднання, особливо при роботі з пластичними металами, такими, як мідь.Із винайденням бронзи, яка є твердішою і гірше піддається куванню, виниклоливарне зварювання. Під час ливарного зварювання крайки з'єднуваних деталейзаформовують спеціальною сумішшю і заливають розігрітим рідким металом. Цейприсадковий метал сплавляється із виробом і, застигаючи утворює шов.
В 1802 російськийакадемік Василь Володимирович Петров звернув увагу на те, що при пропусканніелектричного струму через два прутики з вугілля або металу між їхніми кінцямивиникає яскрава дуга (електричний розряд), яка має дуже високу температуру. Віндослідив та описав це явище, а також указав на можливість використання теплаелектричної дуги для розплавлення металів і тим заклав основи дуговогозварювання металів.
В той час результатидосліджень Василя Володимировича Петрова не були використані, ні в Росії, ні закордоном. Лише через 80 років російські інженери – Микола Миколайович Бенардосі Микола Гаврилович Слав'янов застосували відкриття Василя ВолодимировичаПетрова на практиці та розробили різні промислові способи зварювання металівелектричною дугою.
Микола МиколайовичБенардос в 1882 винайшов спосіб дугового зварювання із застосуванням вугільногоелектрода. У наступні роки він розробив способи зварювання дугою, яка горитьміж двома або декількома електродами; зварювання в атмосфері захисного газу;контактного точкового електрозварювання за допомогою кліщів; створив рядконструкцій зварювальних автоматів; Микола Миколайович Бенардос запатентував вРосії та за кордоном велику кількість різних винаходів у галузі зварювальногоустаткування та процесів зварювання.
Автором методу дуговогозварювання металевим плавким електродом, найпоширенішого в наш час, є МиколаГаврилович Слав'янов, який розробив його в 1888. Микола Гаврилович Слав'янов нелише винайшов дугове зварювання металевим електродом, описав його у своїхстаттях, книгах і запатентував у різних країнах світу, але й сам широковпроваджував його в практику. За допомогою навченого ним колективуробітників-зварювальників Микола Гаврилович Слав'янов виправляв дуговимзварюванням брак лиття та відновлював деталі парових машин і різного великогоустаткування. Микола Гаврилович Слав'янов створив перший зварювальний генераторз автоматичним регулятором довжини зварювальної дуги, розробив флюси дляпідвищення якості наплавленого металу при зварюванні. Створені МиколоюМиколайовичем Бенардосом і Миколою Гавриловичем Слав'яновим способи зварюванняє основою сучасних методів електричного зварювання металів.
В тому ж 1877 у РосіїМикола Миколайович Бенардос запропонував способи контактного точкового ішовного (роликового) зварювання. На промислову основу в Росії контактнезварювання було представлено в 1936 після освоєння серійного випуску контактнихзварювальних машин.
Упродовж 20-х років ХХст. головні акценти в зварювальних технологіях ставилися на розвитокавтоматичного зварювання. Великий внесок у розвиток різноманітних видів зварюваннявніс академік Патон Євген Оскарович, та фахівці Інституту електрозварювання,які вперше у світі розв'язали складні наукові і технічні завдання, пов'язані з автоматичним зварюванням броні, розробилидосконалу технологію і необхідне обладнання. Було досліджено процеси, щовідбуваються у потужній зварювальній дузі, яка горить під флюсом, розробленонові зварювальні флюси і знайдено місцеву сировину для їх масового виробництва.Широко проводився пошук способів багатодугового та багатоелектродного автоматичногозварювання під флюсом, розроблено технологію напівавтоматичного зварювання підфлюсом, створено перші зварювальні напівавтомати.
Застосуванняавтоматичного зварювання в оборонній промисловості дало винятково великий ефекті забезпечило можливість різкого збільшення випуску бойових машин, боєприпасіві озброєння високої якості. Зварювання повсюдно витіснило спосіб нероз'ємногоз'єднання деталей за допомогою заклепок.
На сьогодні зварювання єнайбільш розповсюдженим способом з'єднання деталей при виготовленніметалоконструкцій. Широко застосовується зварювання в комплексі з литтям,штампуванням і спеціальним прокатом окремих елементів заготовок виробів, майжеповністю відтіснивши складні та дорогі суцільнолиті та суцільноштампованізаготовки.
1.3 Організація робочого місця зварника
Зварювальним постомназивається робоче місце зварника, обладнане всім необхідним для виконаннязварювальних робіт. Зварювальний пост електрозварника укомплектовують джерелом живлення (трансформатор, випрямляч, перетворювач, ацетиленовийгенератор),зварювальними кабелями, електродотримачем або пальником, пристосуваннями,інструментами, засобами захисту.
Зварювальні пости можуть бути стаціонарні йпересувні.
Стаціонарні пости — цевідкриті зверху кабіни для зварювання виробів невеликих розмірів. Каркас кабінивисотою 1800-2000 мм виготовляють із сталі. Для кращої вентиляції стіни кабінипіднімають над підлогою на 200-250 мм, їх виготовляють із сталі, азбестоцементних плит, інших негорючихматеріалів і фарбують вогнетривкою фарбою (цинкові, титанові білила, жовтийкрон), яка добре поглинає ультрафіолетові промені зварювальної дуги. Двернийпроміжок закривають брезентовою ширмою. Підлогу роблять з бетону, цегли, цементу.
Кабіни повинніосвітлюватись денним і штучним світлом і добре провітрюватись. Для роботисидячи, використовують столи висотою 500-600 мм, а при роботі стоячи — близько 900 мм. Кришку стола площею 1 м2 виготовляють ізсталі товщиною 15-20 мм або з чавуну товщиною 25 мм. До стола під'єднують струмопровідний кабель від джерела живлення. Поряд із столом розміщують кишенідля електродів та їх відходів, інструменти (молоток, зубило, сталева щіткатощо) й технологічну документацію. Для зручності при зварюванні встановлюютьметалеве крісло з діелектричним сидінням. Під ногами має бути гумовий килимок,а все обладнання кабіни — надійно заземлене.
Пересувні постивикористовують при зварюванні великих виробів безпосередньо на виробничихділянках.
Розділ 2.Основначастина
2.1Опис технологічного процесу ручного дугового зварювання
Воснові будь-якого промислового виробництва лежить технологічний процес, який єчастиною виробничого процесу. Виробничий процес – це сукупність технологічнихпроцесів (дій), в результаті яких вихідні матеріали і напівфабрикатиперетворюються в готові вироби.
Технологічнийпроцес являє собою сукупність різних операцій, у результаті виконання якихзмінюються розміри, форма, властивості предметів праці, виконується з'єднаннядеталей у складальні одиниці і вироби, здійснюється контроль вимог креслення ітехнічних умов.
Длязабезпечення зварюваності двох частин матеріалу необхідно зблизити їхнастільки, щоб створити можливість для утворення міжатомних зв'язків. Цеможливо в тому випадку, коли атоми двох частин матеріалу зближуються навідстань, меншу ніж 4·10-10 м. Такі умови можна створити трьома шляхами:
- стисненнямдеталей без термічної обробки;
- нагріваннямматеріалу до розтоплювання;
- нагріваннямдо пластичного стану та одночасним стисненням деталей.
Стисненнямбез нагрівання, можна зварювати в окремих випадках лише пластичні метали:алюміній, мідь, свинець та ін. Це так зване «холодне» зварювання. Другий спосібзастосовується для металів і сплавів, які здатні переходити в пластичний станпри нагріванні до температур, нижчих від температури плавлення (сталь, алюмінійта ін.), що дозволяє здійснювати зварювання в пластичному стані шляхомстиснення двох попередньо нагрітих частин металу. При стисненні оксидна плівкана поверхнях дотик} руйнується і стає можливим взаємопроникнення (дифузія)кристалічних зерен однієї частини в зерна іншої, що забезпечує їх зварювання. Зпідвищеннях! температури нагріву величина зусилля, потрібного для стиснення,зменшується.
Третійспосіб — зварювання плавленням, при якому стиснення деталей не потрібне. Цимспособом можна зварювати всі метали і сплави, в тому числі і такі, які принагріванні не переходять у пластичний стан, а відразу переходять в рідкий стан(чавун, бронза, литті сплави алюмінію та магнію та ін.).
Електродуговезварювання — зварювання плавленням, під час якого нагрівання відбуваєтьсяелектричною дугою, найбільше широко застосовувана група процесів зварювальноїтехнології. Для зварювання необхідне потужне струмове джерело живлення низькоїнапруги, до одного затискача якого приєднується зварна деталь, а до іншого — зварювальний електрод.
Головнароль дугового розряду — перетворення електричної енергії в теплоту. Притемпературі близько 5500° С газ у розряді є сумішшю іонізованих часток.Характер дугового розряду залежить від присадного металу, основного металу,захисного середовища, параметрів електричного кола та інших факторів.
При виготовленністалевих конструкцій найбільшого застосування знайшли види електродуговогозварювання плавким електродом — ручне, механізоване і автоматичне, а такожконтактні види зварки — точкове, шовне і стикове.
Раціональнаобласть застосування ручного дугового зварювання — невеликі по довжині шви,розташовані в важкодоступних місцях і в різних просторових положеннях. Основніпереваги ручного дугового зварювання — універсальність і простота устаткування.Недолік — невисока продуктивність і використання ручної праці.
Ручне дуговезварювання є найпоширенішим видом електрозварювання, застосовується длязварювання м'якої та легованої сталей, чавуну, нержавіючих сталей, у деякихвипадках кольорових металів. Ручне дугове зварювання проводиться зварювальнимиелектродами, які вручну подаються в дугу і переміщаються уздовж заготовки. Врезультаті зварки покритим металевим електродом — дуга горить між основнимметалом і стрижнем електроду.
Електродмає вигляд стрижня діаметром 1,5-10 мм, закріплений в ручному електродотримачі.
Придотику електрода до металевої зварної деталі, замикається електричне коло, йкінець електрода нагрівається. Якщо потім електрод відвести на 3 — 5 мм від деталі, то встановлюється дуговий розряд, за рахунок якого далі і підтримується струм.Інтенсивне локальне нагрівання викликає розплавлювання основного металу (металудеталі) поблизу дуги розряду. Кінець електрода теж плавиться, і метал електродавливається в розплавлену «зварювальну ванну» основного металу.
Зварювальник,стежачи за тим, щоб дуговий розряд не змінювався, веде електродом уздовжстикованих країв зварюваних деталей. При проходженні електрода утворюєтьсярозплавлена зварювальна ванна з основного металу і металу електрода, який потімодразу ж кристалізується. В результаті однократного проходження дуги по контурузварювання утвориться зварювальний валик. Ручне зварювання застосовується привиконанні криволінійних і коротких швів в різних просторових положеннях — вертикальному, стельовому, нижньому, горизонтальному, при утворенні швів вважкодоступних місцях, а також при збиранні конструкцій складної форми імонтажних роботах. Ручне дугове зварювання дає відмінну якість зварних швів,але має нижчу продуктивність, по порівнянню, наприклад, з автоматичним дуговимзварюванням під флюсом.
Як правило,продуктивність процесу залежить від зварювального струму. Але при ручномузварюванні покритими електродами струм обмежений, оскільки його підвищенняпонад встановлений параметр є причиною відшарування покриття, розігріваннястрижня електроду, сильного розбризкування і чаду плавкого металу.
2.1.1Характеристики сталей
Сталяминазивають сплав заліза з вуглецем (від 0,01 до 2,14%). Практично випускаютьсталі з вмістом вуглецю до 1,5%. Крім вуглецю в сталях є марганець, кремній,сірка і фосфор.
Залежновід вмісту вуглецю сталі поділяють на низьковуглецеві (до 0,25% С),середньовуглецеві (0,25-0,6%С)і високовуглецеві (0,6-1,5%С).
Длявиготовлення зварних конструкцій використовують вуглецеву сталь звичайноїякості, яку згідно ГОСТу 380-88 випускають таких марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс,Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс,Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.
Цифрив позначках марок означають порядковий номер, індекси кп, пс і сп — ступіньрозкислення, Г — підвищений вміст марганцю (близько 1%). Із збільшенням номерамарки від Ст1 до Ст6 вміст вуглецю в сталі зростає від 0,06-0,12 до 0,38-0,49%.Тому сталі з вищими номерами марок мають більшу міцність і твердість, але меншупластичність. У сталі Ст0 вміст вуглецю не перевищує 0,23%.
Завидом прокату сталь буває листова, сортова (кругла, квадратна та ін.), фасонна(кутник, тавр, швелер тощо).
Арматурнусталь поділяють на пруткову, дротяну, гладку і періодичного профілю.
Якіснівуглецеві конструкційні сталі застосовують для виготовлення відповідальнихзварних конструкцій. Згідно ГОСТу 1054-74 їх позначають двозначними цифрами, щоозначають вміст вуглецю в сотих частках відсотка:
- низьковуглецеві:05,05кп, 08,08кп, 10пс,...25;
- середньовуглецеві:30....55, 58 (55пп);
- високовуглецеві:60....85.
При підвищеному вмісті марганцю впозначення вводять букву Г. Леговані сталі крім постійних елементів містятьспеціально введені для одержання необхідних властивостей легуючі елементи.Залежно від вмісту легуючих елементів сталі поділяють на:
- низьколеговані(до 3%);
- середньолеговані(від 3 до 10%);
- високолеговані(більше 10%).
Легованісталі позначають цифрами, які вказують вміст вуглецю в сотих частках процента ібуквами, що вказують легуючі елементи. Цифри після букв указують середній вмістелемента у відсотках. Якщо вміст елемента менше 1%, то цифри за буквою неставлять. Буква А в кінці марки означає, що сталь високоякісна, а буква Ш — особливо високоякісна і вміст шкідливих домішок (сірки і фосфору) мінімальний.Наприклад, марка сталі 08Х13-Ш розшифровується так: вміст вуглецю 0,08%, хрому- 13%, Ш — особливо високоякісна.
Легуючіелементи позначають:
В- вольфрам; Д – мідь; М — молібден; Н — нікель; Г- марганець; К — кобальт;
С-кремній; Ф — ванадій; Т- титан; Ю- алюміній; X- хром; Ш — магній; А- азот.
Залежновід марки сталей торці фарбують у такий колір:
червоний ізелений — Ст0, БСт0, Ст1;
білий і чорний — БСт1,Ст2, БСт2;
жовтий — ВСт2,Ст3, БСт3, ВСт3;
червоний — Ст4,БСт4;
чорний — ВСт4,Ст5, БСт5;
синій — ВСт5,Ст6, БСт6:
білий — 08,10,15, 20;
білий і жовтий –25,30,35,40;
білий ікоричневий – 45.…85;
коричневий –15Г…40Г;
зелений і жовтий — хромисті;
коричневий ісиній — марганцеві;
жовтий і чорний — хромонікелеві;
зелений іфіолетовий — хромомолібденові;
алюмінієвий ічервоний — високолеговані хромонікелеві;
алюмінієвий ісиній — високолеговані хромонікелетитанові.
Якісне утвореннязварного з'єднання визначається властивостями зварюваних металів, їх хімічнимскладом, вибором електродного й присаджувального металу, режимами зварювання,температурою нагрівання та ін. На зварюваність значно впливає хімічний складсталі. Зварюваність сталі змінюється залежно від вмісту вуглецю та легуючихелементів. Вплив окремихелементів проявляється по-різному, особливо в поєднанні з вуглецем.
Основні ознаки,що характеризують зварюваність сталей, — схильність до утворення тріщин імеханічні властивості зварного з'єднання, які визначаються за допомогоюзварювання контрольних зразків.
Зварюваність сталей, які умовноподіляються на чотири групи:
— добре зварювані сталі (Секвне більше 0,25%);
— задовільнозварювані сталі (Секв = 0,25/>0,35%);
— обмеженозварювані сталі (Секв= 0,35/>0,45%);
— поганозварювані сталі (Секв більше 0,45%).
Класифікація основнихмарок сталі за зварюваністю вказана в табл. 1.
Добразварюваність низьковуглецевих сталей характеризується міцним зварним з'єднаннямз основним металом без зниження пластичності в біляшовній зоні і без тріщин уметалі шва.Зварюваність легованих сталей оцінюється можливістю одержання з'єднань, стійкихпроти утворення гартованих структур (і тріщин), зменшенням міцності, корозієюта ін.
Таблиця 1.Класифікація основних марок сталі зазварюваністюГрупа зварюваності Марки сталей вуглецеві конструкційні леговані високолеговані Добра
Ст1кп, Ст1пс,
Ст2кп, Ст2пс,
Ст3, Ст4, 08, 10,
15,20,25 15ХА, 20Х, 15ХМ, 20ХГСА, 15Х, 15НМ, 10ХСНД 08Х20Н14С2, 08Х23Н18, 03Х18Н11, 08Х18Н10 Задовільна БСт5сп, 30,35
12Х2Н4А, 12ХН2,
20ХГСА, 30Х,
15ХСНД, 25ХГСА
09Х14А, 12Х14А,
30X13, 12X17,
25Х13Н2 Обмежена
Ст6пс, Ст6сп,
БСт6пс, БСт6сп,
40, 45, 50
35ХМ, 30ХГСА,
40Х, 40ХМФА,
40ХН, 20Х2Н4А 12Х18Н9, 17Х18Н9Т, 20Х18Н9, 20Х23Н18, 36Х18Н25С2 Погана
65, 70, 75, 80, 85,
60Г, 65Г, 70Г,
У7/>У13,
У7А/>У13А
50ХГ, 50ХГСА,
60ХС, 45ХНЗМФА
Х12, Х12М,9ХС,
5ХГМ, ХВГ,
5ХНТ, Х
Однорідніметали легко зварюються, а різнорідні — погано. За властивостями метал шва і метал зони термічного впливу єнеоднорідними. Ознака поганої зварюваності — це схильність до утворення тріщин, які недопустимі у зварнихз'єднаннях. Зварюваність металів характеризує схильність до перегрівання,гартування, утворення тріщин та інших дефектів, що утворюються при зварюванні.
Характеристикоюзварюваності термічно зміцнених сталей є схильність до втрати міцності, якапроходить у зоні термічного впливу при температурах 400-720°С залежно відтемператури відпуску сталі у процесі її виготовлення на заводі.
Длявиготовлення міцної зварної конструкції необхідно детально вивчити зварюваністьсталі.
Вуглець при вмісті в сталі до 0,25%зварюваність не погіршує. При більшому вмісті зварюваність погіршується, бо взонах термічного впливу утворюються гартовані структури, що призводять дотріщин. Підвищений вміст вуглецю в присаджувальному матеріалі викликаєпористість шва.
Марганець(Г) міститься в межах 0,3-0,8% ізварюваність не погіршує. При вмісті від 1,8 до 2,5% і більше виникає небезпекапояви тріщин, тому що марганець сприяє загартованості сталі.
Кремній (С) у межах від 0,02 до 0,35% труднощів при зварюванні невикликає. При вмісті від 0,8 до 1,5% зварювання утруднюється через високурідкотекучість й утворення тугоплавких оксидів кремнію.
Ванадій (Ф) сприяє загартованості сталі, що утруднює зварювання.При зварюванні ванадій активно окиснюється і вигоряє.
Вольфрам(В) підвищує твердість сталі та утруднюєпроцес зварювання через сильне окиснення.
Нікель (Н) підвищує пластичність, міцність і зварюваність непогіршує.
Молібден(М) при зварюваннісприяє утворенню тріщин, активно окиснюється і вигоряє.
Хром (X) утруднюєзварювання, оскільки утворює тугоплавкі карбіди хрому.
Титан (Т) і ніобій (Б) при зварюванні з'єднуються з вуглецем іприпиняють утворення карбіду хрому. При цьому зварюваність покращується.
Мідь (Д) покращує зварюваність, підвищуєміцність, пластичність і корозієстійкість сталі.
Кисень погіршує зварюваність сталі, понижуєміцність і пластичність.
Азот (А) утворює хімічні сполуки іззалізом (нітриди), які підвищують міцність, твердість і значно знижуютьпластичність сталі.
Водень є шкідливою домішкою. Віннакопичується у шві та викликає появу пор і дрібних тріщин.
Фосфор (П) — це шкідлива домішка. Він підвищує твердість ікрихкість сталі, викликає холодноламкість (холодні тріщини).
Сірка є шкідливою домішкою і сприяєутворенню гарячих тріщин. Зварюваність із підвищенням вмісту сірки різко погіршується.
2.1.2Зварювання вуглецевих сталей РДЗ, режими зварювання
Більшістьзварних конструкцій виготовляють із низьковуглецевих сталей, які містять до0,25% вуглецю. Вонивідносяться до добре зварюваних сталей практично всіма видами зварюванняплавленням. Низьковуглецеві сталі зварюються без обмежень при використанні типовихзварювальних матеріалів.
Длязабезпечення стійкості швів проти утворення тріщин і збереження високоїпластичності металу шва, зварювальні матеріали повинні містити менше вуглецю, ніжосновний метал, що компенсується додатковим легуванням шва кремнієм імарганцем. Механічнівластивості металу біляшовної зони порівняно з основним металом можутьвідрізнятися через незначне зміцнення металу в зоні перегріву. При зварюваннікиплячих і напівспокійних (старіючих) сталей на ділянці рекристалізаціїбіляшовної зони можливе зниження ударної в'язкості. Метал біляшовної зонибагатошарових швів крихкіший від металу одношарових.
Зварюваннянизьковуглецевих сталей виконується без попереднього підігріву і наступноїтермообробки. При зварюванні низьковуглецевих сталей з верхньою межею вмістувуглецю (0,27%) можуть виникати кристалізаційні тріщини в кутових швах,однобічних швах з повним проваром кромок, першому шарі багатошарових стиковихшвів. У таких випадках використовують попередній підігрів до 100-150°С,особливо при виконанні перших шарів на товстому металі (більше 15 мм) ітемпературі повітря нижче мінус 5°С. Необхідність попереднього підігріву іможливої термообробки має визначатися у кожному конкретному випадку. Уконструкцій з кутовими перервними швами всі види термообробки, крім гартування,призводять до зниження міцності й підвищення пластичності металу шва. Відпускабо відпал добре зварюваних сталей використовують як виключення для зняття внутрішніхнапруг, уникнення жолоблення конструкції після зварювання та механічноїобробки.
Притовщині сталі понад 25 мм попередній підігрів обов'язковий у всіх випадках,незалежно від температури навколишнього середовища.
Зварюваннясталі товщиною понад 20 мм виконують способами, що забезпечують зменшенняшвидкості охолодження: секціями, каскадом, гіркою.
Низьковуглецевісталі зварюють на максимально можливих режимах, які забезпечують високупродуктивність й високу якість зварного шва та з'єднання. Під якістю розуміютьвідсутність дефектів (газових пор, підрізів, відшарування металу шва,непровару, шлакових уключень), а також одержання механічних властивостей, яківідповідають технічним вимогам. Техніка й режими ручного дугового зварювання покритимиелектродами низьковуглецевих сталей.
Середньовуглецевісталі містять від 0,25 до 0,55% вуглецю. При такому вмісті вуглецю в процесішвидкого охолодження металу шва і біляшовної зони виникають крихкі загартованіділянки металу, великі внутрішні напруги, які спричинюють виникнення тріщин.Чим більший вміст вуглецю у сталі, тим сильніше вона загартовується пришвидкому охолодженні, вища її крихкість і схильність до утворення тріщин.
Стійкістьметалу шва проти утворення кристалізаційних тріщин досягається зниженням кількостівуглецю в металі шва шляхом застосування електродних стрижнів іприсаджувального дроту з пониженим вмістом вуглецю, а також зменшенням часткиосновного металу в металі шва. Останнє досягається розчищанням кромок і зварюванням на режимах, якізабезпечують мінімальне проплавлення основного металу. Цьому сприяють електродиз великим коефіцієнтом наплавлення.
Дляодержання пластичного металу шва і бляшовної зони виконують попередній тасупровідний підігрів, а також повільне охолодження зварного шва. Температурапідігріву має бути тим вищою, чим більший вміст вуглецю в сталях і знаходитисьв інтервалі 100-450°С. Попередній підігрів невеликих конструкцій проводять упечах (електричних, газових). Якщо конструкція масивна, то температурупідігріву підвищують із урахуванням деякого її охолодження в процесітранспортування і встановлення. У таких випадках використовують підігрівгазовим пальником і паяльною лампою. Температуру підігріву визначають задопомогою термоолівців і термофарб.
Длязабезпечення надійної роботи зварної конструкції після зварюваннярекомендується виконувати відпал і високий відпуск. Для цього необхідно відразу ж післязварювання помістити конструкцію у відпалювальну піч, нагріту до температури675-700°С і після витримування повільно охолодити разом з піччю до 150-100°С зподальшим охолодженням на повітрі.
Зварюваннясередньовуглецевих сталей при температурі навколишнього середовища нижче 5°С нерекомендується, особливо при вмісті вуглецю більше 0,4% через можливістьвиникнення крихкості й тріщин.
Дляуникнення труднощів, які виникають при зварюванні середньовуглецевих сталей,крім підігріву, використовують модифікування металу шва і дводугове зварюванняв окремі ванни. Призварюванні необхідно уникати накладання широких валиків, зварювати короткоюдугою, поперечні рухи змінити поздовжніми, кратери обов'язково заварювати абовиводити на технологічні пластини (в кратерах можливе утворення тріщин).
Високовуглецевісталі містять 0,6-2,14% вуглецю, а за зварюваністю до них відносяться й сталі звмістом вуглецю понад 0,46%. Із таких сталей зварні конструкції, як правило, невиготовляють. Через високий вміст вуглецю вони відносяться до групи поганозварюваних сталей. Необхідність зварювання виникає при ремонтних роботах інаплавлюванні. У таких випадках виконують попередній, а інколи й супровіднийпідігрів з наступною термообробкою (відпал, відпуск). Режими нагрівання таохолодження визначаються вмістом у сталі вуглецю. Технологічні прийомизварювання високовуглецевих сталей такі ж, як і для зварюваннясередньовуглецевих.
Зварюваннявисоковуглецевих сталей при температурі навколишнього середовища нижче 5°С і напротягах категорично забороняється.
2.1.3Зварювання легованих сталей, режими зварювання
Легованиминазивають сталі, до складу яких спеціально вводять задану кількість легуючихелементів для набуття необхідних властивостей. Леговані сталі залежно відвмісту в них легуючих компонентів підрозділяють на: низьколеговані (із змістомлегуючих компонентів, окрім вуглецю, не більше 2,5%); середньолеговані (іззмістом легуючих компонентів, окрім вуглецю, 2,5-10%); високолеговані (іззмістом легуючих компонентів, окрім вуглецю, понад 10%). Низьколеговані сталіпризначені для зварних конструкцій, що працюють при нормальній температурі. Яклегуючі елементи вони містять метали, наприклад марганець, кремній, хром.
Дуговезварювання.
При дуговомузварюванні легованих сталей застосовуються наступнірежими:
Вказані значенняструму відповідають зварюванню в нижньому положенні. При виконанні вертикальнихі стельових швів струм зменшують на 10-20% і застосовують електроди діаметромне більше 4 мм. Для зменшення швидкості охолодження металу шва слідзастосовувати стикові і кутові з'єднання, оскільки при таврових і напустковихз'єднаннях швидкість охолоджування вища. Рекомендується уникати з'єднань, щомають шви замкнутого контуру; якщо ж необхідні такі з'єднання, то їх зварюютькороткими ділянками, забезпечуючи підігрів і повільне охолоджування. Зварюваннястикових з'єднань металу завтовшки до 6 мм і швів з катетом до 7 мм виконують водин шар (однопрохідне), що зменшує швидкість охолоджування. Товщий металзварюють в декілька шарів довгими ділянками. Кожен шар повинен мати товщину0,8-1,2 діаметру електроду. Зверху шва наложують відпалюючий валик, краї якого повинні розташовуватися на відстані2-3 мм від межі проплавлення основного металу. Відпалюючий валик накладають притемпературі попереднього шару близько 200 °С. Для металу завтовшки до 40-45 ммзастосовують багатошарове зварювання гіркою або каскадом. Довжину ділянок(300-350 мм) вибирають з таким розрахунком, щоб попередній шар не встигав охолонути нижче 200 °С при накладеннінаступного шару. Якщо сталь схильна до гарту або при зварці на морозі, передвиконанням першого шва застосовують місцевий підігрів пальником або індукторомдо 200-250 °С.
Високолеговними називаютьсталі, які містять один або декілька легуючих елементів у кількості 10-50%.Якщо вміст легуючих елементів перевищує 50%, то замість слова сталь вживаютьслово сплав.
Високолеговані сталі тасплави класифікуються за системою легування, структурою й властивостями. Засистемою легування сталі поділяють на хромисті, хромонікелеві, хромомарганцеві,хро-монікелемарганцеві та ін. Найпоширеніші високолеговані сплави: нікелеві,нікелехромисті, нікелехромовольфрамові й нікелехромо-кобальтові.
За структуроювисоколеговані сталі поділяються на мартенситні (09Х16Н4Б, 11Х11Н2В2МФ та ін.),мартенситно-феритні (15Х12ВНМФ, 12X13 та ін.), феритні (08X13, 15Х25Т та ін.), аустенітно-мартенситні (07Х16Н6, 08Х17Н5МЗ),аустенітно-феритні (08Х20Н14С2, 08Х18Г8Н2Т) й аустенітні (03Х17Н14М2,03Х16Н15МЗБ, 12Х18Н9, 45Х14Н14В2М та ін). У деяких аустенітних сталях нікель,як дефіцитний метал, частково або повністю замінюють марганцем та азотом(10Х14Г14НЗ, 12Х17Г9Н4А.).
Засистемою зміцнення високолеговані сталі та сплави поділяють на карбідні, якімістять 0,2-1,0% вуглецю, боридні (утворюються бориди заліза, хрому, ніобію,молібдену, вуглецю й вольфраму), з інтерметалідним зміцненням (зміцненнядрібнодисперсними частинками).
Завластивостями високолеговані сталі й сплави поділяють на корозієстійкі(нержавіючі), жаростійкі (не окиснюються при температурах до 1300°С), жароміцні(здатні працювати при температурах вище 1000°С без зниження міцності), стійкіпроти спрацювання та ін.
Технологічніособливості зварювання високолегованих сталей пов'язані з їх фізичнимивластивостями і системою легування. Знижена теплопровідність (до 2 разів припідвищених температурах), збільшений коефіцієнт лінійного розширення (до 1,5разів) і великий електричний опір (у 5 разів більший ніж у вуглецевих сталях)сприяють великій швидкості плавлення металу, великій глибині проплавлення такоефіцієнту наплавлення. Тому для зварювання високолегованих сталей зменшуютьвеличину зварювального струму на 10-20% порівняно з вуглецевими, використовуютьукорочені електроди з покриттям основного й змішаного типу(фтористо-кальцієві), зменшують виліт електрода та збільшують швидкість подачідроту при механізованому зварюванні.
Зварюваннясередньолегованих і високолегованих сталей. Зварювання таких видів сталей утруднена з ряду причин:
- в процесізварювання відбувається часткове вигоряння легуючих домішок і вуглецю;
- внаслідокмалої теплопровідності можливий перегрів зварюваного металу.
Ці сталівідрізняє підвищена схильність до утворення гартівних структур, а більший, ніжу низьковуглецевих сталей, коефіцієнт лінійного розширення може викликатизначні деформації і напругу, пов'язані з тепловим впливом дуги. Причому, чимбільше в сталі вуглецю і легуючих домішок, тим сильніше виявляються цівластивості. Для усунення впливу перерахованих причин на якість зварногоз'єднання рекомендується: ретельно готувати виріб під зварювання; зварюваннявести при великих швидкостях з малою погонною енергією, щоб не допускатиперегріву металу; застосовувати термічну обробку для запобігання утвореннягартівних структур і зниження внутрішньої напруги; застосовувати легуванняметалу шва через електродний дріт і покриття з метою відновлення домішок, щовигоряють в процесі зварювання.
Електроди для зварюваннявисоколегованих сталей виготовляють звисоколегованого зварювального дроту. Застосовують покриття типу Б. Позначеннятипів електродів складаються з індексу Э і наступних за ним цифр і букв. Двіабо три цифри, наступні за індексом, указують на кількість вуглецю в металі шва в сотих долях відсотка.Наступні потім букви і цифри указують приблизний хімічний склад металу. Зварювання проводять постійним струмомзворотної полярності. При цьому зварювальний струм вибирають з розрахунку 25-40А на 1 мм діаметру електроду. Довжина дуги повинна бути як можна коротшою.Рекомендується багатошарове зварювання малого перетину при малій погоннійенергії. Середньолеговані хромовані сталі, такі, що містять до 2% вуглецю,відносяться до мартенситного класу. Вони зварюються задовільно, але вимагаютьпідігріву до 200-300 °С і подальшої термічної обробки. Для зварюваннявисоколегованих сталей і сталей з особливими властивостямизастосовують електроди, стрижні яких виконані із спеціального дроту, похімічному складу близькою до зварюваної сталі.
Длязапобігання виникненню міжкристалічної корозії при зварюванні високолегованихсталей в металі шва створюють двофазну структуру (аустеніт і ферит) длязменшення зерен, обмежують вміст шкідливих домішок (сірки, фосфору, свинцю,олова, бісмута), легують титаном, ніобієм, танталом, ванадієм, цирконієм (вониактивно взаємодіють із вуглецем і перешкоджають утворенню карбідів хрому). Крімтого використовують електродні покриття основного та змішаного типу. Дляпопередження виникнення тріщин створюють меншу жорсткість виробу, виконуютьпопередній і супровідний підігрів до 250-300°С, обмежують вміст шкідливихдомішок, уводять легуючі елементи (молібден, марганець, вольфрам), складаютьдеталі із зазором (1,5-2 мм), зменшують розбризкування металу та об'єм зварноїванни.
Корозієстійкісталі, які не містять титану, ніобію або леговані ванадієм, при нагріванні вище500°С втрачають антикорозійні властивості. Одержання антикорозійних властивостей, а також підвищеноїпластичності та в'язкості досягають нагріванням металу до 1000-1150°С і швидкимохолодженням у воді (гартуванням). Вміст вуглецю в основному металі до0,02-0,03% повністю виключає міжкристалітну корозію.
Підігрівдо 100-300°С обов'язковий для мартенситних сталей, а для аустенітних — використовується рідко.Високолеговані сталі з вмістом вуглецю понад 0,12% зварюються з попереднімпідігрівом до 300°С і вище з наступною термічною обробкою. Шви краще виконуватитонкими електродами.діаметром 1,6-2,0 мм або електродним дротом діаметром 1,2-2мм при мінімально можливому зварювальному струмі.
Призварюванні корозієстійких сталей не допускається збудження дуги на основномуметалі і попадання бризок на основний метал. Складки, заглиблення, щілини,непровари можуть бути джерелом корозії. Кращу корозієстійкість мають гладкі швиз плавним переходом до основного металу. Не рекомендується зачищати шовпневматичним зубилом або іншим способом, при яких утворюються вм'ятини, задиркитощо. Для зменшення вигоряння легуючих елементів зварювання необхідновиконувати короткою дугою без коливальних рухів кінцем електрода.
Длязварювання високолегованих сталей і сплавів використовують зварюванняплавленням усіх видів.
Ручнедугове зварювання покритими електродами виконують при знижених струмах [Ізв= (15+35)
Більшістьвисоколегованих сталей добре зварюються контактним зварюванням.
2.2 Матеріали, щовикористовуються при зварювальних роботах
Поступово ручнедугове зварювання замінюють напівавтоматичним в атмосфері захисних газів.
Ручне дуговезварювання плавким електродом виконують за допомогою електродів, якіпідрозділяють на типи і марки (ГОСТ 9467-75*).
Електроди дляручного дугового зварювання є металевий стрижень, на поверхню якого методомзанурення або опресовуванням під тиском наноситься покриття (обмазку) певного складу і товщини. Покриттяповинне забезпечити стійке горіння дуги, отримання металу шва необхідногохімічного складу і властивостей і ін. Ці вимоги забезпечується матеріаламиелектродного стрижня і покриття, до складу яких входять стабілізуючі,шлакоутворювальні, розкислювальні, легуючі і інші речовини.
Речовини дляпокриттів які використовуються для приготуваннязахисних електродних покриттів можуть бути класифіковані на наступні групи:
Шлакоутворювальні- мінеральні речовини, що містять оксиди металів (руди): титанову руду (ільменіт),збагачену титанову руду (титановий концентрат), природний двоокис титану(рутил), марганцеву руду (піролюзит), польовий шпат, плавиковий шпат, крейду,фарфорову глину (каолін), кварц, мармур.
Титанова імарганцева руди збільшують швидкість твердіння шлаку, що особливо важливе призварюванні вертикальних і стельових швів. Титанова руда також збільшуєшвидкість плавлення електроду, що підвищує продуктивність зварювання. Польовийшпат збільшує стійкість горіння дуги, але при цьому підвищує рідкотекучістьшлаків. Його іноді замінюють гранітом. Плавиковий шпат і двоокис титанузнижують в'язкість і температуру плавлення шлаку, додають йому потрібнушвидкість твердіння. Проте плавиковий шпат в той же час знижує стійкістьгоріння дуги, оскільки фтор що входить до його складу здатний утворюватинегативні іони, наявність яких зменшує величину заряду катодної плями,внаслідок чого для повторного запалення дуги змінного струму потрібна вищанапруга.
Газоутворюючі — крохмаль, деревна мука, бавовняна пряжа, целюлоза, деревне вугілля, харчовамука.
Розкислювачі — феромарганець, феросиліцій, феротитан, феромолібден, алюміній.
Легуючі — феромарганець, феросиліцій, ферохром, феротитан і рідше оксиди металів (окислиміді, окисли хрому, вуглекислий нікель і ін.). Основною легуючою речовиною вбільшості покриттів єферомарганець,який служить одночасно розкислювачем.
Марганцева рудатакож використовується як легуюча речовина в покритті, збільшуючи вмістмарганцю в металі шва. Для легування вуглецем в покриття вводять графіт.
Зв’язні — надаютьпокриттю вигляду пасти і після твердіння міцно утримують його на стрижні. Дляцієї мети застосовують рідке скло, рідше -декстрин.
Стабілізуючі — поташ, калієве рідке скло.
Захисні покриттяприйнято класифікувати по вигляду основних речовин, що входять в них івизначають дію покриття на метал зварювальної ванни. За цією ознакою всіпокриття ділять на 4 групи: руднокислі (Р); рутилові (Т); фтористокальцієві(Ф); органічні або газозахисні (О).
Руднoкисліпокриття складаються в основному з окислів марганцю, заліза, кремнію. Газовий захист забезпечується органічнимиречовинами, що розкладаються в процесі плавлення електроду. Як розкислювач впокриття вводиться феромарганець.
При зварюванніелектродами з цими покриттями відбувається насичення наплавленого металу киснемі воднем більшою мірою, чим при фтористокальцієвих покриттях. Тому призварюванні низьковуглецевої сталі ударна в'язкість металу шва не перевищує12-14 кгс·м/см2, а після старіння знижується на 60-70%. Шви схильнідо утворення тріщин, особливо,при підвищеному вмісті вуглецю в металі шва. При введенні активнихрозкислювачів (кремнію, алюмінію) в дріт або покриття шов може вийти пористим.Руднокислі покриття не застосовуються для зварювання середньовуглецевих і легованих сталей, а також у поєднанні з дротом ізспокійної сталі. Руднокислі покриття володіють підвищеною токсичністю, оскількипри плавленні виділяють оксиди марганцю, шкідливі для організму.
Рутилові покриттяяк основна шлакоутворююча частина містять від 30 до 50% рутилу (двоокис титану)з добавками шлакотвірних елементів (польового шпату, магнезиту і ін.). Длястворення газового захисту дуги в покриття вводять від 2 до 8% органічнихречовин — целюлоза, декстрину 15 до 25% карбонатів (мармур, крейда, а длярозкислювання — 15% феросплавів: феромарганець, феросиліцій. Для підвищення коефіцієнтанаплавлення в ці покриття іноді вводять залізний порошок. Рутилові покриттязабезпечують стійке горіння дуги на змінному струмі, малочутливі до змінидовжини дуги, наявності окалини і іржі, майже не виділяють при зварюваннішкідливих газів і пари.
Фтористокальцієвіпокриття не містять оксидів заліза і марганцю, їх основною частиною євуглекислий кальцій (мармур), і плавиковий шпат (флюорит). Як розкислювачі в ціпокриття вводяться феросиліцій, феромарганець, феротитан, алюміній. Длялегування шва може вводитися металева пороша. Фтористокальцієві покриття даютьнаплавлений метал з меншим змістом кисню і водню, мало схильний до старіння іутворення тріщин кристалізацій і холодних, такий, що володіє високоюпластичністю і ударною в'язкістю. Тому електроди з цими покриттями застосовуютьпри зварці сталі великої товщини і виготовленні відгалужених конструкцій. Привикористанні електродів з фтористокальцієвим покриттями дуга повинна бутигранично короткою. При зварці довгою дугою, а також за наявності на основномуметалі іржі, окалини, або при підвищеній вологості покриття метал шва можевиходити пористим. Фтористокальцієві покриття забезпечують підвищене засвоєнняметалом шва легуючих домішок – марганець, хром і молібден, які в цьому випадкумайже не вигоряють. Тому всі електроди для зварки легованих сталей іспеціальних сплавів, а також для наплавлення мають фтористокальцієве покриття.
Недолікомфтористокальцієвих покриттів є наявність в них плавикового шпату, що знижуєстійкість горіння дуги, тому при зварці ними застосовують постійний струмзворотної полярності. Для зварки на змінному струмі в ці покриття вводять поташабо калієве рідке скло, щоб підвищити стійкість горіння дуги.
Органічні (газозахисні)покриття дають невелику кількість шлаків і тому придатні для зваркивертикальних, стельових і труднодоступних швів, а також сталі малої товщини (до 3 мм). У захисному середовищі газів міститься багато водню, що забезпечуєвідновлення оксидів і покращує якість наплавленого металу, але може викликатиутворення пор. Основними компонентами цих покриттів є харчова мука, целюлоза іінші органічні речовини.
Кисліпокриття (АНО-2 — Академія наук, інститутелектрозварювання ім. Е. О. Патона, загального призначення, модель — марка 2; СМ-5 — стальмонтаж, модель 5) складаються в основному з оксидівзаліза і марганцю (звичайно у виді руд), кремнезему, феромарганцю.
Рутилові покриття (МР-3; МР-4 — монтажні, рутилові,моделі 3; 4; АНО-3; АНО-4; ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6 – дослідний(опитний) завод з виробництва покритихелектродів, моделі 3; 4; 6 і ін.) мають у своєму складі переважну кількістьрутилу. Наприклад, покриття електрода марки МР-3 складається з рутилу (50%),тальку, мармуру, каоліну, феромарганцю, целюлози і рідкого скла. Рутиловіпокриття при зварюванні менш шкідливі для дихальних органів зварника, чим інші;шлак на шві утвориться тонкий, швидкотвердіючий і тому рутиловимиелектродами можна виконувати шви в будь-якому просторовому положенні.
Целюлозніпокриття (ВСЦ-1, ВСЦ-2 — Всесоюзний науково-дослідний інститут будівництватрубопроводів, для зварювання, з целюлозою, моделі 1; 2; ОЗЦ-1-1 — дослідний(опитний) завод, з целюлозою, модель 1 і ін.) складаються з целюлози,органічної смоли, феросплавів, тальку й ін.
Основніпокриття (УОНИИ-13/45 — універсальна, обмазка науково-дослідного інституту 13 зтимчасовим опором розривові металу шва не нижче 45 кгс/мм2; ОЗС-2 іін.) не містять оксидів заліза і марганцю. Наприклад, покриття марки УОНИИ — 13/45 складається з мармуру, плавикового шпату, кварцовогопіску, феросиліцію, феромарганцю, феротитана, рідкого скла.
Металшва, виконаний електродами з основним покриттям, володіє відносно великоюударною в'язкістю, меншою схильністю до старіння й утворення тріщин. Цимиелектродами зварюють особливо відповідальні вироби з низьковуглецевої ілегованої сталей. Целюлозні покриття зручні призварюванні в будь-якому просторовому положенні, але дають наплавлений металзниженої пластичності. Їх застосовують головним чином для зварюваннянизкоуглецевої сталі малої товщини.
Привиборі марки електрода для зварювання конструкцій у монтажних умовах вартовраховувати труднощі підтримки постійної довжини дуги, що може привести доутворення пір у швах. Електроди з основними покриттями дуже чуттєві до змінидовжини дуги. Тому при монтажному зварюванні часто застосовують електроди зрутиловм (МР-3) або з рутилоосновным покриттям (СМ-11, АНО-11 і ін).
Поякості, тобто точності виготовлення, стану поверхні покриття і по змісту сіркиі фосфору в наплавленому металі, електроди поділяються на групи 1, 2 і 3. По роду і полярності застосовуваного при зварюванні абонаплавленні струму, а також по номінальній напрузі холостого ходувикористовуваного джерела живлення зварювальної дуги перемінного струмуЕлектроди позначають з номера 0 до 9 (ДСТ 9466-75).
Класифікаціяпокритих електродів.
Покритіелектроди для ручного дугового зварювання і наплавлення підрозділяють попризначенню :
— для зварювання вуглецевих інизьколегованих конструкційних сталей з тимчасовим опором розривові до 600 МПа, позначаються В;
— для зварювання легованихконструкційних сталей з тимчасовим опором розривові понад 600 МПа — Л;
— для зварювання легованихтеплотривких сталей -Т;
— для зварюваннявисоколегованих сталей з особливими властивостями — У;
— для наплавленняповерхневих шарів з особливими властивостями — Н.
Потовщині покриття в залежності від відношення діаметра D електрода до діаметра dсталевого стрижня:
з тонкимпокриттям (D/d
із середнімпокриттям (1,20
зтовстим покриттям (1,45
зособливо товстим покриттям (D/d> 1,80)-Г.
за видом покриття:
- кисле (А);
- рутилове (Р);
- целюлозне (Ц);
- основне (Б);
змішаним(відповідна подвійна умовна позначка), з іншим покриттям (П).
Типипокритих електродів для зварювання.
Упозначенні типу електрода входять букви Е (електрод) і цифра, що показуємінімальний тимчасовий опір розривові металу шва або наплавленого металлу або звареного з'єднання в 107 — Па. Буква А після цифрового позначення електродів Е42А,Е46А, Е50. указує на підвищені пластичність і в'язкість металу шва. Кожен типвключає кілька марок електродів. Наприклад, до електродів типу Е46 відносятьсямарки електродів АНО-3, АНО-4, МР-3, ОЗС-4, ОЗС-6 і ін.
Вибіртипу і марки електрода залежить від марки сталі, що зварюється, товщини листа,твердості виробу, температури навколишнього повітря при зварюванні,просторового положення, умов експлуатації звареного виробу й ін. Вартовраховувати, що електроди 3-й групи якості виготовлення створюють призварюванні більш щільний метал шва і з меншим змістом сірки і фосфору в ньому.
Утехнічних документах (кресленнях, технологічних картах) позначенняхарактеристики покритих електродів складається з позначення марки, діаметра ігрупи електродів. Позначення на етикетках електродної тари більш складне.Наприклад, електроди типу Е46А за ДСТ 9467-75 марки УОНИИ-13/45 діаметром 3,0 мм для зварювання углеродистых і низьколегованих сталей У с товстим покриттям Д, 2-й групи, ізустановленої за ДСТ 9467 — 75групою індексів 43 2(5), що вказує характеристики наплавленого металу і металушва, з основним покриттям Б для зварювання у всіх просторових положеннях 1, напостійному струмі зворотної полярності позначають 0.
Е46А — УОНИИ-13/45 — 3,0 — УД2
Е432(5)-Б 10
ДСТ 9466- 75, ДСТ 9467 — 75
Типелектроду визначає міцність металу шва в МПа (наприклад, електроди типів Е50або Е50А – σв >50 МПа, буква А означає, щометал шва має підвищені пластичні властивості). Електрод вибирають залежно відмарки сталі зварюваних елементів. Цим забезпечуються передумови до створеннярівномірного з'єднання, також рівноміцність досягається також правильнимвибором технології зварювання і способами контролю якості зварних швів.
Марка електродувизначається складом захисного покриття і вибирається залежно від родузварювального струму (змінний або постійний) і просторового положення шва.
Рекомендованіелектроди при зварюванні вуглецевих та легованих сталей.
Привиготовленні конструкцій із низьковуглецевих сталей широко використовуєтьсяручне зварювання покритими електродами. Залежно від відповідальностізварюваного виробу користуються електродами типів Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А,Э50, Э50А. Електроди Э38 використовуються для виготовлення невідповідальнихвиробів, Э42 і Э46 — длявідповідальних, а електроди Э42А, Э46А, Э50, Э50А — для особливо відповідальних виробів. При зварюванні сталітовщиною понад 15 мм і в незручних дла зварника положеннях необхідновикористовувати електроди з підвищеною міцністю наплавленого металу типів Э46,Э50, Э50А.
Якщонеобхідно одержати однакову міцність наплавленого та основного металу, то типелектрода підбирають за міцністю основного металу. Наприклад, сталь Ст3сп має границю міцності 380-440 МПа.Середня границя міцності становить 410 МПа. Вибирають тип електрода Э42, якийзабезпечує границю міцності наплавленого металу 420 МПа. Відповідно до типуелектрода (Э42) вибирають його марку.(див. Таблиця 1.пункт 2.2)
Дляпідвищення пластичності металу шва та стійкості проти виникнення тріщиннеобхідно знижувати глибину проплавлення (діаметр електрода і струм),використовувати електроди типів Э42А, Э46А, Э50А. Кращі результати даєзастосування електродів із фтористокальцієвим покриттям марок УОНИ-13/45 і УОНИ-13/55,які забезпечують достатню міцність і високу стійкість металу шва протиутворення кристалізаційних тріщин.(див.Таблиця 2.пункт 2.2).
Зварюванняконструкційних низковуглецевих сталей проводять електродами зфтористокальциевыми покриттями мазкий УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65,УОНИ-13/85, G3C-2, ЦУ-1, ДСК-50, УП-1/55, УП-2/55,К-5А, ЦЛ-18, НИАТ-5 і іншими, що дають щільніший і в'язкіший наплавлений метал,менш схильний до старіння. Електроди з руднокислими покритями (ОММ-5, ЦМ-7)застосовувати при зварюванні відповідальних конструкцій з низьколегованих сталей не рекомендовано. Низьколеговані конструкційні сталі краще зварюватиелектродами типу Э42А, оскільки метал шва отримує додаткове легування зарахунок елементів основного, що розплавляється, при цьому метал шва зберігаєвисоку пластичність. Зварювання електродами типу Э60А дає міцніший, але меншпластичний метал шва унаслідок вищого вмісту в ньому вуглецю.(див.Таблиця 3.Пункт 2.2).
2.3 Інструменти,обладнання та пристосування що використовується при зварювальних роботах
а) Обладнання,яке використовується при РДЗ покритими електродами.
Устаткування для дуговогозварювання плавленням складається із таких основних видів обладнання:
- механічного зварювальногоустаткування (обертачі, маніпулятори, кантувачі, роликові стенди тощо);
- технологічного обладнання;
- джерел живлення;
- систем керування.
Основнітехнічні показники джерел живлення зварювальної дуги — зовнішня характеристика,напруга холостого струму, відносна тривалість роботи (ТР) та відноснатривалість вмикання (ТВ) у переривистому режимі.
Основним, а деколи ієдиним видом зварювального устаткування є джерело живлення, яке залежно відвиду електричної енергії і способу її перетворювання може бути віднесене доодного з таких типів:
- трансформатор — джерело змінногоструму, яке перетворює напругу мережі у знижену змінну напругу, що необхіднадля зварювання;
- генератор — джерело постійногоструму, що перетворює механічну енергію обертання якоря в енергію постійногоструму, що використовують для зварювання;
- перетворювач — джерело постійногоструму, що складається з генератора в комбінації з електродвигуном змінногоструму і яке перетворює енергію напруги мережі живлення в енергію постійногоструму, необхідну для зварювання;
- агрегат — джерело постійного струму,що складається з генератора і двигуна внутрішнього згоряння, який перетворюєенергію спалювання хімічного палива в енергію постійного струму, щозастосовують для зварювання;
- випрямляч — джерело постійного струму, що перетворює
енергію напруги мережі у випрямлений постійний струм для зварю
вання.
Усі джерела живленнякласифікують за галузями застосування як загальнопромислові (група О) таспеціалізовані (група С).
До групи О входятьджерела для ручного дугового зварювання, а також механізованого зварювання підфлюсом та вуглекислому газі, що мають досить просту конструкцію і електричнусхему. До спеціалізованих відносять джерела для зварювання кольорових і легкихметалів та їхніх сплавів, тонколистових конструкцій відповідальних виробівімпульсними і стисненими дугами, що задовольняють не тільки вимогам технології,але і високого рівня автоматизації зварювального процесу. Це досягається зарахунок застосування зворотних зв'язків за струмом і напругою, застосуваннямскладних електричних схем керування, додаткових спеціальних пристроїв і т. д.Більшість джерел розраховані на живлення одного зварювального поста. Усі вониназиваються одно постовими, на відміну від багатопостових, які призначені дляодночасного живлення декількох постів.
б) Інструменти таприладдя електрозварника
Зварювальні постикомплектують джерелом живлення, електродотримачем, зварювальними проводами,щитком з світлофільтрами, різними інструментами для зачищання й вимірювання таіншим приладдям.
Електродотримач — цепристосування для закріплення електродів і підведення до них струму (рис. 7). За конструкцією електродотримачіподіляють на:
важільні — ЭР-1 (зварювальний струм 300 А),ЭР-2 (500 А);
пасатижні — ЭП-2 (250 А),ЭП-3 (500 А), ЭД-1201(125 А), ЭД-3102(315 А), ЭД-5001(500 А);
защіпні — ЭДС-1201 (125А), ЭДС-3101 (315 А), ЭУ-3001 (315 А), ЭУ-5001(500А);
гвинтові — ЭВ-2(125 А),ЭВ-3(315 А), ЭВ -4(500 А).
Електродотримачі маютьвідповідати таким вимогам:
— забезпечувати надійнезатискання електродів;
— допускати затисканняелектрода не менше ніж у двох положеннях — перпендикулярно та під кутом неменше 1150 до осі електрода;
— забезпечувати швидку йлегку зміну електродів (4 с);
/>
Рис. 7. Електродотримачі:а — пасатижний; б — гвинтовий; в — важільний; г – защіпний
— струмоведучі частиниповинні бути надійно ізольовані від випадкового дотику із зварюваними виробамиабо руками зварника;
— опір ізоляції має бутине менше 5 МОм;
рукоятка має бути виготовленаз ізолюючого матеріалу довжиною не менше 120 мм;
поперечний перерізрукоятки повинен вписуватися у коло діаметром не більше 40 мм.
Застосування саморобнихелектродотримачів забороняється. Електродотримачі повинні витримувати безремонту 8 тис. затискань. Проводи (кабелі) призначені для з'єднанняелектродотримачів (пальників) із джерелами живлення та підведення зварювальногоструму. Використовують гнучкі проводи з мідними або алюмінієвими жилами йгумовою ізоляцією марок РГД, РГДО, РГДВ, КРПГН, КРПТН, КРПСН, ПРН. Довжинакабелю при монтажних роботах може становити 40-50 м, але в таких випадках буде значний спад напруги. Допустимим вважається спад напруги до 4 В. Якщоспад напруги більший за допустимий, то джерело живлення наближають до місцязварювання або збільшують переріз зварювального проводу. Переріз кабеліввибирають залежно від сили зварювального струму із розрахунку 5-7 А/мм2(табл. 4). Кабель складається з великоїкількості відпалених мідних дротів діаметром 0,18-0,20 мм та буває одно- і двожильний.
Таблиця 4. Площа поперечного перерізу зварювальних проводів.Сила струму, А
Площа поперечного перерізу провода, мм2 одинарного подвійного 125 25 - 315 50 2х16 500 70 2х25
Зменшення перерізу кабелюпризводить до перегрівання й швидкогоруйнування ізоляції.
Для з'єднання частинзварювальних кабелів між собою використовують сполучні муфти марок МС-2, МСБ-2,М-315, М-500 та ін. Для нероз'ємного з'єднання кабелів застосовують з'єднувачітипу ССП — 2. Доджерела живлення кабель можна підключати через приєднувальну муфту МС-3.Зворотний кабель приєднують клемами заземлення типу КЗ-2 та КЗП-12. Зворотнимпроводом можуть служити сталеві шини, зварювальні плити, стелажі й самаконструкція, якщо їх переріз забезпечує безпечне за умовами нагріванняпроходження зварювального струму. Окремі елементи, які використовуються вякості зворотного проводу, повинні бути з'єднані між собою болтами, струбцинамиабо затискачами. При проведенні зварювальних робіт в пожежо- івибухонебезпечних приміщеннях зворотний провід від виробу до джерела живленнямає бути тільки ізольованим. Не допускається з'єднання проводів на скрутках. Вобертових виробах для під'єднання зворотного кабелю використовують ковзнийконтакт. Довжина проводів між живильною мережею і пересувними зварювальнимиагрегатами не повинна перевищувати 10 м. Проводи (кабелі) слід захищати відмеханічних пошкоджень, контакту з водою, маслами, сталевими канатами, шлангамиз горючими газами і гарячими трубопроводами.
Для роботи зварникавипускаються спеціальні комплекти (КИ-125, КИ-315, КИ-500), які містятьелектродотримачі, сполучну муфту, зварювальний кабель, запасні частини доелектродотримача, світлофільтри, затискачі, шлаковіддільник, металеву щітку.Виготовляють також набори інструментів ЭНИ-300 та ЭНИ-300/1 до комплекту якихвходять електродотримач, клема заземлення, сполучна муфта, щітка-зубило,викрутка, плоскогубці, розвідний ключ, клеймо, молоток, світлофільтри, відрізоккабелю (3 м).
Для виконаннязварювальних робіт зварник повинен мати й допоміжний інструмент: молоток,зубило, напилки, сталеву щітку, шаблони, кутник, метр, висок, лінійку. Інколизварювальний пост обладнують шліфувальною машиною, спеціальними кромкорізами,дрелями та ін. Інструменти та електроди слід зберігати в ящиках, сумках абопеналах. Для просушування електродів використовують спеціальні печі, шафи йпенали.
Для захисту очей таобличчя зварника від променів електричної дуги і бризок розплавленого металузастосовують щитки або маски із спеціальними світлофільтрами. їх виготовляютьіз чорної фібри або спеціальної пластмаси. Залежно від сили зварювальногоструму щитки й маски оснащені світлофільтрами, які виготовляють ізтемно-синього скла марки ТС-ЗС двох видів: світлофільтри для нормального огляду(розмір 52x102 мм) і збільшеного (90x102 мм) з товщиною від 1,5 до 4,0 мм. Із зовнішнього боку світлофільтри захищають від бризок розплавленого металу віконним скломтовщиною 2,5 мм, яке при забрудненні міняють. Категорично забороняєтьсязамінювати світлофільтри саморобним пофарбованим склом. Світлове випромінюваннядуги має послаблюватися світлофільтрами в 102-106 разів. Нині в СНДвикористовують світлофільтри серії С, які поділяються на 13 класів. Вонизабезпечують захист очей від випромінювання при зварюванні на струмах від 5 до1000 А. Світлофільтри підбирають залежно від характеру робіт та силизварювального струму.
Робітники, які виконуютьдопоміжні роботи, для захисту очей використовують світлофільтри типу В (В-1,В-2, В-3).
Сучаснаіндустрія охорони праці у зварювальному виробництві пропонує великий вибірзварювальних масок. Вони мають зручну конфігурацію, малу масу, забезпечуютьтепловий захист голови і захисту очей від світлового випромінюваннязварювальної дуги. Практично у всіх масках забезпечене швидке автономнезатемнення огляді того вікна залежно від величини зварювального струму.
Розділ 3. Технікабезпеки
3.1Заходи промислової санітарії, техніки безпеки та протипожежної безпеки
Створеннябезпечних умов праці є основною і найважливішою задачею будь-якого виробництва.За правильну організацію і стан техніки безпеки несе відповідальністькерівництво підприємства, а всі поточні питання вирішуються відділами технікибезпеки або інженерами по техніці безпеки.
ДотриманняПравил техніки безпеки на підприємствах контролюється інспекцією ДержтехняглядуУкраїни, інспектором ЦК профспілок робітників даної галузі промисловості,Державною санітарною інспекцією і Державною інспекцією пожежної охорони.
Крімзагальних положень необхідно враховувати деякі спеціальні правила по техніцібезпеки при зварюванні металів і санітарних умов. Відповідно до трудовогозаконодавства до зварювальних робіт допускаються особи не молодше 18 років;зварники мають додаткову відпустку тривалістю до 12 робочих днів; при роботівсередині посудин робочий день зварювальника обмежений до шести годин.
Кожензварювальник повинен у досконалості знати правила техніки безпеки, проходитиінструктаж перед допуском до роботи, здавати відповідні іспити.
Привиконанні зварювальних робіт можуть відбуватися нещасні випадки по наступнихпричинах: поразка електричним струмом, шкідливий вплив світловоговипромінювання електричної дуги, опіки від бризів розплавленого металу і шлаку,забруднення повітря продуктами горіння зварювальної дуги, вибухи судин івибухонебезпечних речовин, недотримання протипожежних правил.
Електричнийструм уражає нервову систему людини або викликає опіки. Ступінь враження залежитьвід сили струму, його напруги й опору тіла людини. Величина струму до 0,002 Ане представляє небезпеки, струм від 0,002 до 0,05 А небезпечний, може викликатиболючі відчуття, сприяє різкому скороченню м'язів, а вище 0,05 А може привестидо смертельного результату.
Усухих приміщеннях безпечним вважається напруга до 36 А, а в сирих до 12 А, щонеобхідно враховувати при проводці лінії для освітлювальних цілей.
Променіелектричної дуги шкідливо впливають на зварювальників і людей, які знаходятьсяпоруч з ними. За своїми властивостями вони поділяються на видимі і невидимі.
Довидимих відносять світлові промені електричної дуги, які осліпляюче діють наочі. При довгочасному опроміненні послаблюють зір.
Доневидимих відносять ультрафіолетові і інфрачервоні промені, які визиваютьзапалення очей і опіки шкіри.
Ультрафіолетовіпромені шкідливо діють на сітчатку і рогівку очей. Якщо на протязі декількоххвилин дивитись на світло дуги без захисних засобів, то через деякий часпоявляється світлобоязкість, сльозоточивість і сильні болі в очах. Складаєтьсявраження, що очі забруднені піском. Невеликі запалення очей проходять черезкілька годин. Інфрачервоні промені при тривалій дії викликають захворюванняочей, сприяють загальній утраті зору (катаракта крихталика).
Крімопіків від електричної дуги (ультрафіолетовими променями) при зварюванні можутьбути опіки від бризг розплавленого металу і шлаку.
Дляпопередження опіків зварникові необхідно:
— мати спецодяг із брезенту або щільного сукна;
— не заправляти куртку в штани, а штани в чоботи, не робити на спецодязі відкритікишені;
— прикривати голову беретом або будь-яким головним убором без козирка.
— працювати в рукавицях;
— забезпечувати мінімальне розбризкування металу шляхом відповідного підборурежимів зварювання;
— зачищати шви після повного остигання шлаку, оглядати шви після зварювання ізачищати їх тільки в окулярах із простим склом;
— при зварюванні вертикальних і стельових швів надягати азбестові нарукавники іщільно перев'язувати їх поверх рукавів.
Узварювальних цехах, на будівельно-монтажних площадках, на зварювальних інаплавочних ділянках необхідно суворо дотримуватися наступні правила, щозапобігають можливість виникнення пожеж від іскор, що розлітаються, і бризгрозплавленого металу:
— робоче місце зварника повинно бути цілком очищене від легкозаймистих абовибухонебезпечних матеріалів. Легкозаймисті рідини і різні пальні матеріалиповинні знаходитися від місця зварювання на відстані не менш 30 м, ацетиленові генератори і балони з пальними газами — на відстані не менш 10 м;
— у місцях виконання зварювальних робіт захист від іскор, що розлітаються, ібризг металу повинна забезпечуватися металевими або брезентовими ширмами, наділянках зварювання повинні бути вогнегасники, шухляди з піском, бочки з водою,різний пожежний інвентар, обов'язково телефонний зв'язок і пристрої длязвукових сигналів;
— усі робітникита службовці при влаштуванні на роботу або при зміні робочих місць повинні бутипроінструктовані з протипожежної безпеки і по принятому на підприємствіпротипожежному режимі. На великих ділянках і в цехах повинні бути офіційноназначені відповідальні за стан протипожежних засобів і виконанняпротипожежного режиму роботи.
Списоквикористаних джерел
1. БиковськийО.Г., Піньковський І. В. Довідник зварника. –К.: Техніка, 2002. – 336 с.
2. Глизманенко Д.Л. Газовезварювання та різання металу.-К.: Техніка, 1971.
3. ГуменюкІ.В. Обладнання і технологія газозварювальних робіт. –К.: Грамота, 2005.
4. Технологияметаллов и сварка. Учебник для вузов. Под ред. П. И. Полухина. М., «Высшая школа»,1977.
5. Рыбаков В. М.Дуговая и газовая сварка:.- М.: Высшаяшкола, 1981.
6. Сапиро. Л. С. Справочник сварщика:Пособие для сварщиков, мастеров, технологов, конструкторов.-2-е изд., перераб. идоп.-Донецк: Донбас,1978.
7. Сварщик.-1999-2006.-№№ 1-6.
8. Соколов И.И. Газоваясварка и резка металлов.-М.: Высшая школа, 1986.
9. СтекловО.І. Основи зварювального виробництва.- К.: Вища школа, 1990.