Сварочные работы. Практический справочник - Кашин Сергей Павлович. Страница 8
Направление ведения сварного шва также имеет значение. Если вести его на проход либо от центра к концам, то в середине шва разовьются поперечные напряжения сжатия; если двигаться от краев к центру, то в середине шва не избежать появления поперечных напряжений растяжения, следствием которых будут трещины в околошовной зоне или самом шве (рис. 10).
10. При соединении частей из металла значительной толщины (более 20–25 мм) применяют многослойную дуговую сварку, выполняя швы горкой или каскадом (рис. 11). Шов горкой накладывается следующим образом: первый слой имеет длину примерно 200–300 мм, второй длиннее первого в 2 раза, третий длиннее второго на 200–300 мм и т. д. Достигнув «горки», сварку продолжают в обе стороны от нее короткими валиками. Такой способ способствует поддержанию участка сварки в нагретом состоянии. В результате тепло распространяется по металлу более равномерно, что снижает напряжения.
Рис. 10. Напряжение в продольном сечении шва при сварке (– напряжение сжатия; + – напряжение растяжения): а – на проход; б – от концов к центру
11. Помогает снизить коробление швов соединяемых конструкций и деталей выполнение швов в обратно-ступенчатом порядке (рис. 12). Для этого протяженные швы делят на части длиной 150–200 мм и сваривают их, ведя каждый последующий слой в направлении, обратном предыдущему слою, причем стыки следует размещать вразбежку. Причина таких действий заключается в том, что деформации в соседних участках будут противоположно направленными по отношению друг к другу и равномерными, поскольку металл будет прогреваться равномерно.
Рис. 11. Очередность наложения швов при многослойной дуговой сварке (размеры указаны в миллиметрах): а – горкой; 1 – ось «горки»; 2 – толщина металла; б – каскадом
Рис. 12. Последовательность наложения обратнопоступательного шва
12. Рассчитывают адекватный тепловой режим сварки. Если при работе есть возможность перемещать изделие (деталь) или если основной металл предрасположен к закалке, тогда используют более сильный тепловой режим, благодаря чему объем разогреваемого материала возрастает, а сам он остывает медленнее. В определенных ситуациях (если сварка проводится при пониженной температуре воздуха, металл имеет большую толщину или является сталью, склонной к закалке, и др.) помогают предварительный или сопровождающий подогрев либо околошовной зоны, либо всего изделия. Температура, до которой следует довести металл, зависит от его свойств и составляет 300–400 °C для бронзы, 250–270 °C для алюминия, 500–600 °C для стали, 700–800 °C для чугуна и т. д.
Если сваривают жестко зафиксированные детали или конструкции, тогда применяют менее интенсивный тепловой режим и варят электродами, способными давать пластичный металл шва.
13. Осуществляют отжиг и нормализацию изделия или конструкции после окончания сварки (последнее полностью ликвидирует напряжения). При отжиге температуру стального изделия доводят до 820–930 °C, выдерживают (общее время составляет примерно 30 минут, длительная выдержка нежелательна, поскольку приводит к росту зерен) и постепенно охлаждают (на 50–75 °C в час), доводя температуру до 300 °C. Это дает ряд преимуществ: во-первых, шов приобретает мелкозернистую структуру с улучшенным сцеплением зерен, благодаря которой металл шва и околошовной зоны становится более пластичным, во-вторых, металл шва получается менее твердым, что имеет большое значение для последующей обработки резанием или давлением; в-третьих, это полностью снимает внутренние напряжения в изделии.
Основные отличия нормализации от полного отжига – более высокая скорость охлаждения, для чего температура, до которой нагревают изделие, на 20–30 °C превышает критическую, и то, что выдержка и охлаждение проводятся на воздухе.
14. Избегают планировать в изделиях и конструкциях сварные швы, неудобные для выполнения, например вертикальные, потолочные.
15. Обеспечивают минимальную погонную энергию, достижимую при высокой скорости сварки в сочетании с наименьшими поперечными сечениями швов.
16. Уменьшают число прихваток и их сечения.
17. Проковывают швы в холодном или горячем состоянии, что уменьшает внутренние напряжения и увеличивает прочность конструкции.
Газовая сварка
Общие сведения
Газопламенная обработка металлов (ГОМ), к которой относятся газовая сварка, резка и газотермическое напыление, широко распространена в промышленности. На долю этих процессов приходится примерно 80 % различных видов ГОМ. Особое место среди них занимает газовая сварка металлов, к достоинствам которой относятся следующие факторы:
1) достаточная простота работы;
2) отсутствие потребности в дорогостоящем оборудовании и источнике электрической энергии;
3) широкий диапазон выбора режимов сварки;
4) разнообразнейший спектр применения, поскольку газовая сварка находит применение:
✓ при изготовлении и ремонте конструкций и изделий из тонколистовой стали, чугуна, бронзы, силумина;
✓ при монтаже и ремонте трубо-, водо– и газопроводов из труб диаметром до 50 мм;
✓ при сварке изделий из цветных металлов (меди, алюминия, свинца, латуни);
✓ при наплавке на детали из стали и чугуна.
Из недостатков необходимо отметить следующие факторы:
✓ сравнительно небольшая скорость нагрева металла;
✓ значительная зона термического влияния, состояние и ширина которой определяют механические характеристики сварного соединения;
✓ большой участок, подвергающийся разогреву, что увеличивает риск коробления металла;
✓ замедленный нагрев металла и довольно невысокая концентрация тепла, снижающие производительность сварки при увеличении толщины металла. По этой причине газовая сварка стали толщиной более 4 мм не используется;
✓ достаточно высокая стоимость расходных материалов, в частности ацетилена и кислорода, что делает газовую сварку более затратной, чем дуговая;
✓ невозможность механизации и автоматизации процесса.
Несмотря на достаточно внушительный список недостатков, газовая сварка является процессом, который достоин изучения, тем более что с ее помощью можно сваривать практически все применяемые в технике металлы.
Оборудование и материалы
Газовая сварка и резка металлов осуществляются с помощью различных газов, их смесей, паров бензина и керосина.
Кислород при обычных температуре и давлении – это прозрачный газ, имеющий следующие физические характеристики:
✓ без вкуса, запаха, цвета;
✓ масса 1 м3 при 20 °C и атмосферном давлении составляет 1,33 кг;
✓ при нормальном давлении горит при температуре 182,9 °C.
Химическая активность кислорода очень высока: он взаимодействует со всеми химическими элементами, за исключением инертных газов, причем эти реакции относятся к экзотермическим.
Для сварки и резки применяют технический кислород, который в зависимости от содержания чистого кислорода (остальное приходится на азот и аргон) различается по сортам:
✓ I сорт – содержание чистого кислорода составляет 99,7 %;
✓ II сорт – не менее 99,5 %; ✓ III сорт – 99,2 %. Чистота кислорода – это очень важный показатель, особенно для резки металлов. При его повышении улучшается качество обработки металла и снижается расход самого газа.
Кислород требует осторожного обращения, поскольку при контакте с органическими веществами (маслами, угольной пылью и проч.) он склонен к самовоспламенению и взрыву в результате их быстрого окисления. Кроме того, он может взаимодействовать с горючими газами и парами, что тоже может закончиться взрывом.