Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
13.11.2023
Размер:
24.24 Mб
Скачать

*

3

2

1

3

2

1

2

 

3

 

 

 

 

а.

 

 

 

 

Рис. 1.4. Заполнение разделки каскадным методом

(а)

и горкой

(б):

1—5 способы

выполнения многослойных швов

 

 

 

 

Длинные швы выполняют обратно-ступенчатым

способом

от

середины

к краям, что уменьшает сварочные напряжения и деформации.

за

несколько

При сварке

металла

большой

толщины

швы выполняют

проходов слоями или валиками (рис. 1.3), что также способствует снижению сварочных напряжений и деформаций. При первом способе каждый слой шва выполняют за один проход, при втором — за несколько проходов. При сварке слоями внутренние напряжения и, следователыю, деформации снимаются в большей степени, чем при сварке валиками. Первый способ применяют пре­ имущественно при сварке угловых швов, второй — при стыковой сварке, так как широкие швы высокого качества в верхней и средней частях разделки выполнить сложно.

Для снижения сварочных напряжений и деформаций используют также способ заполнения разделки каскадным методом или. «горкой» (рис. 1.4). При этом швы разбивают на короткие участки, а каждый последующий шов при

сварке накладывают на еще не остывший металл предыдущего

слоя. Сварка

горкой — разновидность каскадного

способа. При большой длине ее ведут

одновременно от середины к краям два сварщика.

 

.Режимы РДС

 

 

При РДС характеристиками режима

сварки являются: dBt / св, Uд, vc», род

тока, полярность и др. Величину / св

выбирают в зависимости

от типа сва­

рочных соединений, марки и толщины металла, положения шва в пространстве и т. д. (согласно рекомендациям технической документации на каждую кон­ кретную марку электрода).

Ориентировочные режимы сварки можно определить по зависимостям, приведенным в табл. 1.10.

Род и полярность /св зависят в основном от толщины металла и марки электрода. При небольшой толщине металла среднеуглеродистые и высоколе­ гированные стали сваривают преимущественно на постоянном токе обратной нолярности, что уменьшает вероятность образования прожогов и перегрев металла. Малоуглеродистые и низколегированные стали средней и большой толщины чаще сваривают на переменном токе для снижения расхода электро­ энергии и стоимости сварочного оборудования.

Напряжение дуги при РДС изменяется в сравнительно узких пределах и выбирается на основании рекомендаций технической документации для дан-

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ [5]

 

 

 

Соединение

 

 

 

*Ме- “ “

стыковое

тавровое

 

нахлесточное

 

'св> А

</э , мм

^св’ ^

<*э , мм

'« • А

ds , ММ

1,0

25—35

2

30—50

 

2

30—50

2,5

1,5

35—50

2

40—70

2

- 2 ,5

45—75

2,5

2,0

45—70

2,5

50— 80

2,5

— 3

55—85

2,5 —3

4,0

120— 160

3— 4

120— 160

3—4

120— 160

3—4

5,0

130— 180

3—4

130— 180

 

4

130— 180

4

10,0

140—220

4— 5

150—220

4

— 5

150—220

4 —5

15,0

160— 250

4— 5

160—250

4 - 5

160—250

4— 5

20,0

160—340

4— 6

160—340

4 —6

160—340

4—6

П р и м е ч а н и е ,

При сварке

закаленных

сталей аустенитными электродами /

снижают на 25 %.

 

 

 

 

 

 

ной марки электрода. Скорость сварки обычно выбирают с учетом необходи­

мости получения слоя наплавленного металла, имеющего определенную пло­ щадь поперечного сечения.

При сварке многослойных стыковых швов с разделкой кромок число про­ ходов зависит от общей площади поперечного сечения наплавленного металла и шва, наплавляемого за один проход.

Технология сварки углеродистых и низколегированных сталей [4—6]

При сварке малоуглеродистых сталей в большинстве случаев не требуется применение специальных технологических мер, направленных на предотвраще­ ние образования в металле околошовной зоны закалочных структур. В зави­ симости от прочностных показателей свариваемой стали широко используют электрод с рутиловым и ильменитовым покрытием типов Э42 и Э46 (напри­ мер, АНО-6, АНО-4 и др.). Для особо ответственных стальных конструкций применяют электроды с основным покрытием типов Э42А и Э46А (например, УОНИ-13/45, СМ-11, Э-138/45Н и др., табл. 1.11). При сварке угловых швов на толстом металле и первого слоя многослойного шва рекомендуется выпол­

нять предварительный подогрев свариваемых деталей

до

120—150°С — для

повышения стойкости металла шва против кристаллизационных трещин.

Среднеуглеродистые стали

(Ст.5, СтЗО

и др.) и

некоторые низколегиро­

ванные стали с содержанием

углерода

и

легирующих

примесей,

близким

к верхнему пределу, сваривают с предварительным

подогревом

до 150—

300 °С что замедляет остывание изделий

и во многих случаях позволяет из-

бежать образования малопластичных и хрупких закалочных структур. Для этой же пели снижают скорость сварки, а также выполняют ее двумя и более

раздвинутыми сварочными дугами. Для сварки

применяют

электроды типов

Э42А Э46А и Э50А с основным покрытием

(УОНИ-13/45,

УОНИ-13/55,

Ч ПЯ/45Н АНО-Т и др.). При d»<4-Т-5 мм обеспечивается

о,

металла шва

не ниже о. основного металла. Технология сварки высокоуглеродистых ста­ лей обязательно предусматривает предварительный подогрев до 350—400 С, иногда сопутствующий подогрев и последующую термическую обработку.

ъг

ХАРАКТЕРИСТИКИ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ [1. 2, 5]

 

Электрод

Род тока,

 

 

(Xн*.

Основное назначение

 

поляр­

тип

г/(А-ч)

ность ••

электрода

марка

 

 

942

ВСЦ-2

10,5

 

ЦМ-7

10,6

342А

АНО-6

10,0

УОНИ-13/45

8,5

946

СМ-11

9,5

АНО-4

8,5

 

ОЗС-6

10,5

 

МР-3

7,8

 

АНО-29М

9,1

 

АНО-24

8,3

 

АНМ-1

9,0

Э46А

Э-138/45Н

8,5

950

АНГ-1

12,3

 

АНО-19

13,5

950А

УОНИ-13/55

9,0

 

Э-138/50А

9,0

950А

АНО-Д

10,2

=

— /"W

=, ОП

=(ОП), ~

»

=л/

=(ОП), -

=1 ~

=(ОП)

=. ~

ОП

=, ~

=(ОП), -

Углеродистая и низколегирован­ ная сталь Малоуглеродистая сталь То же

Ответственные сварные конструк­ ции из малоуглеродистой, сред­ неуглеродистой и низколегиро­ ванной стали То же

Сварные конструкции из мало­ углеродистой стали То же

Ответственныесварные конструк­ ции из малоуглеродистой стали с ов < 400 МПа Сварка сверху вниз ответствен­

ных сварных конструкций из малоуглеродистой стали Ответственные сварные кон­ струкции из малоуглеродистой стали Сварные конструкции из мало­

углеродистых сталей, поверх­ ность которых насыщена серой Малоуглеродистые и низколеги­

рованные стали при

постройке

и ремонте судов

 

Сварка

наклонным электродом

сварных

конструкций

из мало­

углеродистых и низколегирован­ ных сталей Сварка в нижнем положении

сварных конструкций из тех же сталей Ответственные сварные кон­

струкции из малоуглеродистых и низколегированных сталей Наружные швы корпусов судов из тех же сталей Ответственные сварные конструк­ ции судо- и энергомашинострое­ ния из малоуглеродистых и низ­ колегированных сталей

По ГОСТ 9467—75.

••ОП — обратная полярность, ток постоянный 0=) или переменный (~).

 

Электрод

®Н*

 

Род тока,

 

 

 

поляр­

тип*

марка

г/(А*ч)

 

ность •*

 

 

 

Э60А

АНО-9

9,7

 

= (ОП)

 

АНО-31

9,0

 

1 ^

 

АНО-30

12,5

 

1 ^

 

АНО-ТМ

10,2

 

» ^

 

АНО-25

9,7

=

(ОП), ~

Э55

УОНИ-13/55У

9,5

=

(ОП), ~

Э60

ВСФ-65

9.5

=

(ОП), ~

 

УОНИ-13/65

9,5

=

(ОП), ~

Основное назначение электрода

Ответственные сварные кон­ струкции из малоуглеродистых

инизколегированных сталей. Сварка преимущественно сверху вниз Ответственные сварные кон­

струкции из малоуглеродистых

инизколегированных сталей

То

же, эксплуатация при Т >

>

-—50 °С. Сварка в нижнем по­

ложении Корневые и заполняющие слон,

односторонние (без подварки корня шва) трубчатые соедине­ ния из углеродистых и низколе­ гированных сталей. Формирова­ ние выпуклого обратного валика корневого шва Ответственные сварные кон­

струкции из малоуглеродистых и низколегированных сталей, ра­ ботающих при Т > —70 °С Сварка ванным способом арма­ туры и обычная РДС сварных конструкций из малоуглероди­ стых и низколегированных ста­ лей Ответственные сварные кон­

струкции из низколегированных сталей повышенной прочности, ов < 650 МПа Низколегированные хромистые, хромомолибденовые и хромо­ кремнистомарганцевые стали

• По ГОСТ 9467-76.

** ОП — обратная полярность, ток постоянный (« ) или переменный (~).

Кромки стыков тщательно обрабатывают, выдерживая равномерный за­ зор. Сборку изделий выполняют с помощью приспособлений, допускающих свободную усадку в процессе сварки.

Прихватку и сварку выполняют постоянным током обратной полярности, уменьшенным на 10—20 % по сравнению с / св для малоуглеродистых сталей. Кратеры тщательно заплавляют, обеспечивая плавный переход шва к основ­ ному металлу.

При сварке металла толщиной > 6 мм накладывают многослойные швы; процесс ведут с интервалом между наложением слоев. Обязательно наклады­ вают отжигающий валик. Конструкции из закаливающихся сталей после сварки подвергают термической обработке.

Сборку конструкций выполняют без подкладных колец, с помощью приспо­ соблений, исключающих прихватку или сводящих число прихваток к ми­ нимуму. Желательна разделка кромок с криволинейным скосом.

Перед сваркой при толщине металла бме>10 мм необходим предвари­ тельный, а в процессе сварки — сопутствующий подогрев. Последний исклю­ чают в тех случаях, когда сварку ведут два сварщика. Сварку выполняют по­ стоянным током обратной полярности.

При мм применяют многослойную сварку. При сварке вертикаль­ ных стыков с бме>30 мм, а также горизонтальных стыков усиление шва вы­ полняют несколькими валиками. Последним накладывают отжигающий валик. После сварки проводят термическую обработку (высокий отпуск).

Некоторые марки электродов для сварки легированных теплоустойчивых сталей приведены в табл. 1.12.

Т А Б Л И Ц А 1.12.

ХАРАКТЕРИСТИКИ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ МАРОК ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ СВАРКИ ЛЕГИРОВАННЫХ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ* [1. 2. 5]

Тип электрода по ГОСТ 9467—75

Э-09МХ

Э-09Х1М

Э-09Х1МФ

Э-10ХЗМ1БФ

Э-10Х5МФ

 

Типичные механические

 

 

 

 

 

Марка

свойства металла шва

 

 

 

 

 

 

 

 

Назначение электрода

электрода

V

 

KCU.

 

0». %

 

 

 

 

 

 

МДж/м4

 

 

 

 

 

 

МПа

 

 

 

 

 

о зс -п

560

22

1,20

Сварные конструкции из

 

 

 

 

сталей

12МХ,

15МХ,

 

 

 

 

15Х1М1Ф и т. д., рабо­

ТМЛ-1У

510

12

1,00

тающих при Т <

510 °С

Паропроводы из

сталей

 

 

 

 

12МХ

15Х1М1Ф,

 

 

 

 

 

20ХМФЛ и т. д. и эле­

 

 

 

 

менты

поверхностей на­

 

 

 

 

грева из сталей 12Х1МФ,

ЦЛ-20

520

18

0,80

12Х2МФБ и др.

 

 

Сварные конструкции из

 

 

 

 

сталей 12Х1М, 15Х1М1Ф,

ЦЛ-26М

500

18

1,20

20ХМФ-Л, 15Х1М1Ф-Л

Сварные конструкции из

 

 

 

 

сталей

15ХМФКР,

 

 

 

 

 

12Х2МФБ и т. д., рабо­

ЦЛ-17-63

620

18

 

тающих при Т <

600 °С

 

То же,

из

Х5М,

 

в аг­

 

 

 

 

15Х5МФА

(работа

 

 

 

 

рессивных

средах

при

 

 

 

 

Г < 450 °С)

 

 

* Сварка на постоянном токе обратной полярности.

Сварку выполняют

специальными

электродами

(табл. 1.13)

на

постоянном

токе

обратной полярности; / св

на

10—20 % меньше,

чем для

малоуглероди­

стой

стали. Сварку

выполняют

короткой дугой

без

поперечных

колебаний

конца электрода. Применяют укороченные электроды малого диаметра. Ко­ рень шва сваривают электродом с </э= 2-^-3 мм.

Сварку ведут на повышенных скоростях, многослойными швами с боль­

шим интервалом времени между наложением отдельных слоев.

аустенитных

Аустенитные стали при сварке усиленно охлаждают;

швы

сталей, обращенные к агрессивной среде, сваривают

в последнюю очередь.

Дугу зажигают на шве, кратеры тщательно заплавляют.

 

 

 

Хромистые

стали сваривают с подогревом до 200—400 °С, после сварки

охлаждают до

150—200 °С и проводят высокий отпуск

(нагрев

в печи

до

720—750°С с выдержкой в течение 5 мин на блге=1

мм,

но не

менее

1 ч,

с последующим охлаждением на воздухе; при содержании 17—20 % Сг

вы­

держку увеличивают до 10 мин на каждый миллиметр слоя бм*).

Ферритные

Окалиностойкие стали после сварки отпускают

при

650 °С.

стали (Х25, ХЗО) нагревают до 800—850 °С и охлаждают в воде. Термическую обработку аустенитных сталей выполняют только для выравнивания струк­ туры шва и основного металла и для предупреждения межкристаллитной кор­

розии (стабилизирующий отжиг — нагрев

в течение 2—3 ч при 850—900 °С или

закалка в воду после

нагрева до 1050—1100 °С).

Высокомарганцовистую

аустенитную сталь (Г13Л) сваривают в

закаленном

состоянии (последнее

 

 

 

т а б л и ц а и з

ПЕРЕЧЕНЬ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ СВАРКИ

ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ С

ОСОБЫМИ

СВОЙСТВАМИ [ 1 - 5 ]

Тип электрода

Марка электрода

Марка свариваемой стали

по ГОСТ 10052—75

Коррозионностойкие стали

Э-08Х20Н9Г2Б

АНВ-35, ЦЛ-11

Э-02Х19Н9Б

АНВ-13

Э-02Х19Н18Г5АМЗ

АНВ-17

08Х18Н12Б, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т (работа в агрессивных средах) 03Х18Н11, 03Х18Н12, ОЗХ18ГЗАН10 и т. п.

ОЗХ16Н15МЗ, 09Х16Н5МЗБ, 08Х17Н13М2Т, 08Х17Н5МЗТ и т. п.

 

Жаропрочные стали и сплавы

Э-10Х25Н13Г2

| ОЗЛ-6

I 15Х25Т, 20Х23Н13 и т. д. (работа

 

 

| при T > 8 5 0 ° Q

 

Жаростойкие стали

Э-10Х25Н13Г2

ЦЛ-25

20Х23Н18, 20Х23Н13, 15Х25Т, 15X28

 

 

и т. п. (работа при 850—1000 °С)

определяют с помощью магнита— закаленная сталь немагнитна). Аустенит­ ные стали подвержены сильному короблению, поэтому их сваривают с приме­ нением различных зажимов или обратно-ступенчатым способом и т. п.

1.3. Контроль качества сварных соединений

Методы контроля качества сварных соединений установлены ГОСТ 3242—79. В нем определены методы контроля в зависимости от вида и размера дефек­ тов, их расположения, толщины материалов, а также способов сварки.

Г л а в а 2 ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

2.1. Общие сведения

Сварка в защитных газах — один из распространенных способов сварки плав­ лением. По сравнению с другими способами он имеет ряд преимуществ, из которых главные: возможность визуального, в том числе и дистанционного, наблюдения за процессом сварки; широкий диапазон рабочих параметров ре­ жима сварки в любых пространственных положениях; возможность механи­ зации и автоматизации процесса, в том числе с применением робототехники; высокоэффективная защита расплавленного металла; возможность сварки ме­ таллов разной толщины в пределах от десятых долей до десятков милли­ метров.

2.1 Л. Определения, классификация и основные схемы

Сварка в защитных газах (СЗГ) — общее название разновидностей дуговой сварки, осуществляемой с вдуванием через сопло горелки в зону дуги струи защитного газа. В качестве защитных применяют: инертные (Аг, Не), актив­ ные (С02, 0 2| N2, Н2) газы и их смеси (Аг+С02+ 0 2, А г+02, Аг+ + С 0 2 и др.).

Разновидности СЗГ можно классифицировать по таким признакам, как: тип защитных газов, характер защиты в зоне сварки, род тока, тип электрода и т. д. (рис. 2.1) [1]. По совокупности основных физических явлений процесс дуговой сварки в защитных газах можно классифицировать по двум основ­ ным схемам — это сварка неплавящимся (СНЭЗГ) (рис. 2.2, а) и плавящимся (СПЭЗГ) (рис. 2.2, б) электродами.

Сварочная дуга в среде защитных газов характеризуется относительно большим разрядным током (от 5 до 500 А и выше) и низким катодным паде­ нием напряжения.

Для сварки неплавящимся электродом применяют в основном инертные газы Аг и Не, а также их смеси в любом соотношении. Эти газы, особенно Не, обладают высокими потенциалами ионизации, что затрудняет первоначальное возбуждение дуги. Однако напряженность электрического поля (Е) в столбе дуги в инертных газах имеет сравнительно низкое значение и поэтому дуговой разряд в инертных газах отличается высокой стабильностью. При сварке пла­ вящимся электродом напряжение дуги и стабильность ее существования су­

щественно зависят от состава защитного газа (рис. 2.3).

Повышение напряжения дуги с увеличением концентрации молекулярных

газов

(Н2, N2, 0 2 и С02) объясняется интенсивным охлаждающим действием

этих

газов в связи с затратами энергии на диссоциацию и отводом

теплоты

за счет высокой теплопроводности. Увеличение напряжения дуги

приводит

к снижению ее устойчивости.

 

 

 

 

 

Дуговаясворна

 

В инертных

 

 

В снеси инертного

 

 

газах

 

 

и активного газов

 

 

1_________________________________________________

 

 

 

 

 

1

Аг

 

|

A r + Nt

|-----

 

 

 

|

Ар + Ht

[—

1__________Не

1------

1

а Г + 5

1—

 

 

 

 

 

 

|

Аг + ОД

|—

|

Аг + Не

 

|

A r + Ot+CO*

|— 1

I

Неплавящимся электродом

В активных

 

 

-- Г —

 

 

 

 

 

 

газах

 

 

 

 

 

|_ СО;

 

I—

 

 

г

^2

п -

 

 

 

г

н 2

п -

 

 

 

г

Н]0 (пар)

 

1-

 

 

 

г

С0г + 0 2

___ —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Импульсной дугой

 

 

Плавящимся электродом

|

С короткими замыканиями

|

|

без коротких замыканий

|

Проволокой сплошного сечения

|

|

Проволокой с флюсом

|

|

___________ c z z z z —

,

~

I Полуадтонатическая \

\ Абт онат ачесмя

|

Рис. 2.1. Классификация способов сварки в среде защитных газов

Защитный

ваз

Рис. 2.2. Схема процесса сварки

в защитном газе электродом:

а — неплавящимся

(/ — электрод

вольфрамовый;

2 — сопло; 3 — дуга;

4 — металл шва;

5 — изделие);

б — плавящимся

(/ — электрод; 2 —

цанга; 3 — сопло;

4 — дуга; 5 — металл)

 

Примеси аргона, %

Рис.

2.3.

Зависимость напряжения

дуги

от

состава защитного газа

2.1.2. Защитные газы

Инертные газы. Практически полностью нейтральными по отношению ко всем свариваемым металлам являются инертные одноатомные газы. Инертные газь/ применяют для сварки химически активных металлов и сплавов, а также ва всех случаях, когда необходимо получать сварные швы, однородные по со' ставу с основным и присадочным металлами.

В сварочном производстве используемый аргон поставляется в газообраз' ном (табл. 2.1) и в жидком состояниях. Газообразный аргон отпускают, хра^ нят и транспортируют в стальных баллонах (по ГОСТ 949—73) или автоци^ стернах под давлением 15±0,5 или 20±1,0 МПа при 293 К.