Сварка трубопроводов

Угловой шов — сварной шов углового, таврового и нахлесточного соединений.

Сварные швы могут быть непрерывными, прерывистыми, одно- и многослойными, одно- и двусторонними. Сварные швы, применяемые для фиксации взаимного расположения, размеров и формы собираемых под сварку элементов, называются прихват­ ками.

Для качественного формирования сварного шва делают подго­ товку кромок под сварку. Элементы геометрической формы под­ готовки кромок под сварку (рис. 1.3, а) — угол разделки кромок а, угол скоса одной кромки (3, толщина свариваемого металла 5, зазор между стыкуемыми кромками Ь, притупление кромки, т. е. неско­ шенная часть торца кромки с.

Элементы геометрической формы сварного шва (рис. 1.3, б) — высота шва h, ширина шва е, глубина провара hnp,усиление (ослаб­ ление) шва q.

На рис. 1.4 показаны основные положения швов в простран­ стве.

1.3. ТЕРМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ПРИ СВАРКЕ

Основными термическими источниками энергии (тепла) при сварке плавлением являются сварочная дуга, газовое пламя, лучевые источники энергии и тепло, выделяемое при электрошлаковом процессе.

Термические источники энергии характеризуются температу­ рой источника, степенью сосредоточенности, определяемой наи­ меньшей площадью нагрева (пятно нагрева), и наибольшей плот­ ностью в пятне нагрева.

Эти энергетические характеристики (табл. 1.1) определяют технологические свойства источников нагрева металла при свар­ ке, наплавке и резке.

Виды сварочных дуг. Источником теплоты при дуговой сварке является сварочная дуга — устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров материалов, ис­ пользуемых при сварке, характеризуемый высокой плотностью тока и высокой температурой. Процесс возникновения сварочной

электрод подключается к отрицательному полюсу и служит като­ дом, а изделие — к положительному полюсу и служит анодом; во втором случае электрод подключается к положительному полю­ су и служит анодом, а изделие — к отрицательному и служит като­ дом. В зависимости от материала электрода различают дуги между неплавящимися электродами (угольными или вольфрамовыми) и плавящимися металлическими электродами.

Сварочная дуга обладает рядом физических и технологиче­ ских свойств, от которых зависит эффективность использования дуги для сварки. К физическим свойствам относят электрические, электромагнитные, кинетические, температурные, световые.

Основными технологическими свойствами являются: мощ­ ность дуги, пространственная устойчивость, саморегулирование.

Электрические свойства дуги. Для образования и поддержа­ ния горения дуги необходимо иметь в пространстве между элект­ родами электрически заряженные частицы — электроны, положи­ тельные и отрицательные ионы. Процесс образования ионов и электронов называется ионизацией, а газ, содержащий электро­ ны и ионы, ионизированным. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддержива­ ется в процессе ее горения.

В дуговом промежутке выделяют следующие области (рис. 1.8): катодную 1к и анодную 1а, где наблюдается значитель­ ное падение напряжения, вызванное образованием около элект­ родов пространственных зарядов (скоплением заряженных ча­ стиц), и расположенную между ними область дугового разряда, называемую столбом дуги 1с. На поверхности анода и катода обра­ зуются электродные пятна, представляющие собой основания столба дуги, через которые проходит весь сварочный ток. Элект­ родные пятна выделяются яркостью свечения. Общая длина сварочной дуги 1д равна сумме длин всех трех областей: 1д= 1к + 1С-Ыа, где 1к — длина катодной области, равная примерно 10“5 см; Lc —длина столба дуги; 1а —длина анодной области, равная примерно 10“3—10” 4 см.

Общее напряжение сварочной дуги соответственно слагается из суммы падений напряжений в отдельных областях дуги: UA=UK+UC+ ий, где [/д, UK, Uc, [/а — соответственно падение на­ пряжения общее на дуге, в катодной области, столбе дуги и анод­ ной области, В.

Полную тепловую мощность сварочной дуги, т. е. количество теплоты, выделяемое дугой в единицу времени, приближенно счи­ тают равной тепловому эквиваленту ее электрической мощности q = IUA, где I — величина сварочного тока, A; UA—^падение напря­ жения на дуге, В; q — тепловой эквивалент электрической мощно­ сти сварочной дуги, Дж/с.

Соответственно, эффективная тепловая мощность определя­ ется выражением ди = ШАГ|и.

Значение Г|и может меняться от 0,3 до 0,95 и для различных ви­ дов сварки ориентировочно составляет: открытая угольная дута — 0,5 —0,65; дуга в аргоне — 0,5 —0,6; сварка штучными покрытыми электродами — 0,7 —0,85; сварка под флюсом — 0,85 —0,93.

Количество тепла, вводимое в металл источником нагрева и отнесенное к единице длины шва, называется погонной энерги­ ей сварки. Погонная энергия (в Дж/м) равна отношению эффек­ тивной мощности источника тепла (дуги) ди к скорости перемеще­ ния дуги V.

д _ -ГС/дЛи

V V

При образовании сварного шва эффективная тепловая мощ­ ность дуги расходуется на расплавление основного и присадочно­ го металла.

1.4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ

1.4.1. Общие сведения

Образование сварного соединения в связи с вве­ дением концентрированной энергии в зону соединения сопро­ вождается сложными физическими и химическими процессами.

К физическим относят процессы, которые, изменяя физиче­ ские свойства вещества, не изменяют строение элементарных ча­ стиц, из которых состоит данное вещество, и не приводят к изме­ нению его химических свойств [1, 22].

Химические процессы изменяют строение элементарных ча­

Сварное соединение при сварке плавлением (рис. 1.9, а) вклю­ чает в себя: сварной шов 1, т. е. участок сварного соединения, об­ разовавшийся в результате кристаллизации сварочной ванны; зону сплавления 2 (сцепления), где находятся частично оплавив­ шиеся зерна металла на границе основного металла и шва; зону термического влияния 3, т. е. участок основного металла, не под­ вергшийся расплавлению, структура и свойства которого измени­ лись в результате нагрева при сварке плавлением или резке; ос­ новной металл 4, т. е. металл подвергающихся сварке соединяе­ мых частей, не изменивший свойств при сварке.

Соединение, выполненное сваркой давлением (рис. 1.9, б) в твердом состоянии, состоит из зоны соединения 2, где образова­ лись межатомные связи соединяемых частей, зоны термомехани­ ческого влияния 3, основного металла 4.

В формировании структуры и свойств сварного соединения при сварке плавлением определяющая роль принадлежит тепло­ вым процессам, при сварке давлением — пластической деформа­ ции.

1.4.2. Плавление электродного и основного металла

Сварной шов образуется в результате кристалли­ зации металла сварочной ванны. При сварке без дополнительного металла расплавляется только основной металл. Металл, предназ­ наченный для введения в сварочную ванну в дополнение к рас­ плавленному основному металлу, называется присадочным метал­ лом [1, 28].

Расплавленные основной и присадочный металлы, сливаясь, образуют общую сварочную ванну. Границами сварочной ванны служат оплавленные участки основного металла и ранее образо­ вавшегося шва.

Плавление и перенос электродного металла. Электродный металл при дуговой сварке плавится за счет: тепла, выделяемого на конце электрода в приэлектродной области дуги; тепла, попадаю­ щего из столба дуги; нагрева вылета электрода при прохождении сварочного тока от токопровода и до дуги. Чем больше вылет элек­ трода, тем больше его сопротивление и тем больше выделяется