Техника безопасности при аргонодуговой сварке

Введение

Сварка металлов представляет собой процесс получения неразъ­емного соединения деталей, осуществляемый путем использова­ния межатомных сил сцепления. Для приведения в действие этих сил необходимо тесное сближение атомов соединяемых деталей. Это основное и непременное условие осуществления сварки при нор­мальной температуре достигается только приложением к детали зна­чительного давления, превышающего предел текучести сваривае­мого металла.

Выполнение процесса сварки заметно облегчается при местном нагреве деталей до пластического или расплавленного состояния. При нагреве деталей до пластического состояния подвижность ато­мов еще недостаточна для проявления сил сцепления и поэтому для осуществления сварки необходимо после нагрева приложить дав­ление путем прессования, прокатки или проковки.

Нагрев до полного расплавления кромок или торцов деталей с подачей в зону сварки дополнительного (присадочного) металла или без него приводит к образованию общей ванны жидкого металла, которая после затвердевания соединяет детали в одно общее целое без приложения внешних усилий.

Многообразие металлов и сплавов, применяемых в технике, и возможность варьирования степени местного нагрева деталей в со­четании с использованием различных источников тепла обусловили обширный комплекс известных в настоящее время методов сварки .

Иногда для получения неразъемных соединений применяется пайка. Сущность этого процесса заключается в том, что в зазор между подогретыми деталями вводится жидкий металл — припой, имеющий всегда иной химический состав и более низкую темпера­туру плавления, чем металл деталей. В результате протекания про­цессов диффузии между твердым металлом деталей и жидким при поем после его затвердевания образуется неразъемное соединение. Наряду с процессами сварки и пайки в технике широко приме­няют различные термические способы разделения (резки) металлов. Существуют две группы способов термической резки — первая — химическая — основана на сквозном прожигании металла струей кислорода, последовательно перемещаемой по намеченной линии, вторая — физическая — характеризуется разделением металла пу­тем проплавления его электрической дугой, газовым пламенем или плазменной струей.

Еще 70—80 лет назад под сваркой обычно подразумевали про­цесс соединения деталей из малоуглеродистой стали, выполняемый путем нагрева их в кузнечном горне до пластического состояния с последующей проковкой места соединения ударами молота. Это была так называемая кузнечная или горновая сварка, при­менявшаяся человечеством  в течение тысячелетий.

В 1882—1884 гг. русский изобретатель Н. Н. Бенардос впер­вые практически осуществил сваривание металлов при помощи электрической дуги, возбуждаемой между угольным электродом и кромками соединяемых деталей. Вслед за Н. Н. Бенардосом в 1888— 1890 гг. инженер Н. Г. Славянов также использовал высокий теп­ловой эффект электрической дуги для сваривания металлов, приме­нив вместо угольного электрода металлический. Так появился прин­ципиально новый вид сварки — электрическая дуго­вая сварка, в основе которой лежит явление электрического разряда в газах, открытое в 1802 г. академиком В. В. Петровым.

Техника безопасности при аргонодуговой сварке

Пламя электрической дуги являются источни­ками, излучающими энергию в окружающее пространство. Наи­большей интенсивностью излучения отличается электрическая дуга.

Спектр лучей дуги далеко простирается в ультрафиолетовую и инфракрасную области. Ультрафиолетовые лучи вызывают воспа­лительные процессы в слизистых и роговых оболочках глаза. Лучи видимой части спектра излучения дуги оказывают ослепляющее действие и могут вызвать повреждение сетчатки глаза.

Инфракрасные лучи оказывают тепловое действие, которое может привести к неизлечимому помутнению хрусталика глаза.

В качестве средств индивидуальной защиты при дуговой сварке служат предохранительные щитки или маски с темными светофильт­рами. Помимо щитков или масок, электросварщики должны поль­зоваться предохранительными очками с простыми прозрачными или слегка окрашенными в соломенно-желтый цвет стеклами. Это не­обходимо для предохранения глаз от поражения брызгами шлака или расплавленного   металла.

Необходимо также предусматривать защиту персонала, сопри­касающегося со сваркой. Все стационарные сварочные посты должны быть расположены в отдельных кабинах. Передвижные рабочие места необходимо ограждать переносными фанерными щитками или ширмами.

Всем работающим в сварочных цехах рекомендуется носить очки со светлоокрашенными  стеклами.

Окраску щитов, ширм и стен цеха следует производить вещест­вами, хорошо поглощающими ультрафиолетовые лучи. Во избежа­ние излишней контрастности, утомляющей зрение, тон окраски должен быть светлым.

Ниже приведены некоторые наиболее важные правила техники безопасности, которые необходимо соблюдать при обращении с га­зосварочной аппаратурой.

Основные правила обслуживания газобаллонного оборудования при аргонодуговой сварке:

1.  Стальные баллоны, содержащие сжатые газы, нельзя бросать, подвергать сильным толчкам или ударам. Запрещается переносить баллоны на руках.

Нельзя располагать баллоны вблизи печей, кузнечных горнов или под лучами солнца.

На месте производства работ баллоны следует устанавливать вертикально и укреплять хомутами для предохранения от падения. Баллоны для сжатых газов периодически подвергаются гидравли­ческому испытанию давления. Срок очередного испытания выбива­ется на верхней сферической части баллона. При эксплуатации баллонов нужно следить за тем, чтобы не был пропущен срок оче­редного   испытания.

2.  Вентили  баллонов и газовые редукторы необходимо предохранять от загрязнения маслом или жиром.

3.  При перевозке и хранении на горловину баллона должны быть плотно навернуты защитные   колпаки.   Выходные   штуцеры запорных вентилей должны быть закрыты заглушками.

4.  Перед установкой редуктора на баллон обязательно производят продувку запорного вентиля.

5.  При открывании баллона со сжатым газом всегда  нужно стоять сбоку редуктора, чтобы не получить травму, если произой­дет срыв резьбы соединительной гайки, с помощью которой редук­тор крепится к штуцеру запорного вентиля.

6.  В случае замерзания редукторов их   следует отогревать   го­рячей  водой.   Категорически  запрещается  отогревание   пламенем горелки или паяльной лампы. Вентиль баллона нужно открывать медленно и равномерно. При резком открывании баллона происхо­дит сильное сжатие газа в камере высокого давления редуктора, соп­ровождающееся выделением тепла, что может вызвать воспламе­нение уплотнения  клапана.

7.  Резиновые шланги для подвода газов не должны иметь не­плотностей.

Рабочий пост при аргонодуговой сварке

Рабочее место, принципиальная схема поста и горелка для ручной сварки в среде инертных газов показаны на рис.1 - 2.

Рис.1. Оборудование рабочего места электросварщика
при механизированной сварке крупных изделий в среде инертных газов:

1 - баллон с инертным газом; 2 - газовый редуктор; 3 - источник сварочного тока; 4 - гибкие шланги; 5 - горелка; 6 - свариваемое изделие; 7 - подающий механизм; 8 - сварочные провода.

Рис. 2. Схема поста для ручной сварки на постоянном токе с
защитой шва инертными газами: 1 - источник питания; 2 - балластный
реостат; 3 - горелка; 4 - баллон с газом; 5 - редукционный вентиль;
6 - расходомер газа; 7 - осциллятор.

Сварка в инертных газах производится неплавящимся вольфрамовым электродом или плавящимся электродом, по химическому составу близким к составу свариваемого металла; она осуществляется вручную, полуавтоматически и автоматически.

Этот вид сварки удобен для выполнения сварных соединений в любых пространственных положениях, легко поддаётся механизации, позволяет наблюдать за сварочной ванной в процессе работы, имеет довольно высокую производительность, достигающую при ручной сварке 40-50 м/ч, а при автоматической - 200 м/ч.

Рис.3. Ручная горелка для сварки неплавящимся электродом: 1 - токоведущая цанга; 2 - сопло; 3 - газовая камера; 4 - колпак защитный;
5 - мундштук; 6 - газовый вентиль; 7 - газо- и токоподвод; 8 - рукоятка;
9 - провод; 10 - накидная гайка.

В состав оборудования для ручной сварки постоянным током входят: источник сварочного тока, сварочная горелка, устройство возбуждения сварочной дуги, аппаратура управления сварочным циклом и газовой защитой. Перемещение сварочной горелки и подача присадочной проволоки в зону горения дуги производится вручную.

Полуавтоматическая сварка. Этот процесс перспективен для изделий из легированных нержавеющих сталей с криволинейными и короткими швами, особенно в монтажных условиях.

Принципиальная схема держателя полуавтомата приведена на рис. 4.

В процессе сварки горелка опирается на механически подаваемую от редуктора присадочную проволоку и перемещается благодаря ее отталкивающему действию. Это обеспечивает равномерную скорость сварки, равную скорости подачи проволоки.

Сварка может выполняться в нижнем горизонтальном и вертикальном положениях стыковых соединений.

Рис.4. Схема процесса полуавтоматической сварки:
1 - вольфрамовый электрод; 2 - присадочная проволока

Автоматическая сварка может выполняться без присадочного материала и с присадочным материалом

Односторонняя сварка неплавящимся электродом встык без разделки кромок, без гарантированного зазора, без присадки, а также без применения приемов увеличения глубины проплавления (активирующих флюсов) может быть выполнена с полным проваром при толщине не более 5 мм.

Процесс сварки без присадочного материала чрезвычайно прост и получил достаточно широкое распространение. Образование сварочного шва без присадки происходит за счет расплавления стыкуемых кромок. Свариваемые заготовки собираются без зазора.

Процесс автоматической сварки с присадочной проволокой получил широкое распространение для соединения заготовок толщиной более 1,5 мм. Присадочная проволока подается с заданной скоростью, которая регулируется в достаточно широких пределах.

В состав оборудования для автоматической сварки входят: сварочная головка, устройство для перемещения сварочной головки или изделия, аппаратура управления механизмами автомата (рис.5).

Простейшая сварочная головка включает в себя: сварочную горелку, устройства для установочных перемещений горелки (настройка на шов, установка длины дуги, рис. 6).

Обычно сварочная головка содержит и другие функциональные узлы: механизм для подачи присадочной проволоки, механизмы для установочных перемещений мундштука для подвода присадки к сварочной ванне, устройство для колебания горелки поперек стыка (колебатель); автоматический регулятор напряжения на дуге и т.п.

Головка может быть самоходной, устанавливаться на самоходную тележку-трактор (автомат тракторного типа) или укрепляться неподвижно, если сварочное движение осуществляется изделием (подвесная головка). На самоходных головках устанавливается привод перемещения вдоль линии сварки. Автоматы могут быть снабжены системами слежения за линией стыка изделия.

Рис.5. Общий вид аппарата АД238 для автоматической аргонодуговой
сварки с присадкой

              Рис.6. Схема сварочной головки Т451.01.01.000: 1 - горелка; 2 - механизм подачи; 3 - привод; 4 - подвеска; 5 - кассета; 6 - тормозное устройство; 7 – суппорт двухкоординатный; 8 - корректор; 9 - подвеска

В качестве источников сварочного тока при сварке в среде инертных газов используют выпрямители, преобразователи и трансформаторы.

Качество защиты нагретого и расплавленного металла при сварке зависит не только от вида защитного газа, но и от способа защиты.

В производстве сварных конструкций находят применение три основных способа защиты свариваемого узла или зоны сварки от взаимодействия с воздухом: общая защита, местная защита и струйная защита.

При общей защите свариваемый узел полностью помещают в камеру, которая затем вакуумируется до разряжения 10 - 2 Па (для удаления воздуха) и заполняется защитным газом. При работе сварщик находится вне камеры. Сварку выполняют вручную, используя рукава-перчатки, соединенные с корпусом камеры, или автоматически с дистанционным управлением. Применение камер с общей защитой всего узла обеспечивает наиболее надежную защиту нагретого и расплавленного металла от взаимодействия с воздухом. Основные недостатки этих камер - ограниченный объем и относительная сложность эксплуатации (рис. 7).

Рис.7. Двухкамерная установка повышенной производительности
для аргонодуговой сварки в контролируемой атмосферы

Для изготовления крупногабаритных конструкций находят применение обитаемые камеры с инертной атмосферой. В этом случае сварщик находится внутри камеры в специальном скафандре.

В опытном или единичном производстве применение камер с общей защитой, и тем более обитаемых, нецелесообразно из экономических соображений. В этих случаях для защиты металла шва и околошовной зоны применяют местные защитные камеры, которые устанавливают на свариваемые узлы с обеспечением герметичности разъемов при перемещении заготовок (рис.8).

Рис.8. Аргонодуговая сварка в камерах с местной защитой:
а - внешний вид камеры для сварки неповоротных стыков трубопроводов; б - установка для сварки поворотных стыков
деталей авиационных узлов;

1 - механизм перемещения электрода; 2 - 2 - вольфрамовый электрод и копир; 3 - откидная крышка-люк; 4 - свариваемая деталь; 5 - камера; 6 - сварочная головка.

Наиболее широко в сварочном производстве используется струйная защита, при которой защитные газы подают в зону сварки для оттеснения воздуха от нагретого и расплавленного металла. Как правило, вытекающая из сопла горелки сплошная струя защитного газа симметрична оси электрода (рис. 9).

Рис. 9. Подача защитного газа в зону сварки

При сварке стыковых швов со струйной защитой воздух может поступать к переплавленному дугой металлу через зазор между свариваемыми деталями. Это вызовет окисление металла шва, может привести к образованию пор в шве. Для предупреждения этих дефектов применяют обдувку защитным газом обратной стороны шва, сварку ведут на плотно прилегающих со стороны шва подкладках, в которые подается защитный газ с регулируемым избыточным давлением (рис.10).

Технологические характеристики процесса сварки вольфрамовым электродом зависят главным образом от рода, полярности, величины сварочного тока, длины дуги, размеров и формы торца вольфрамового электрода.

Рис.10. Схема сборки стыковых соединений: 1 - сварочная горелка;
2 - свариваемое изделие; 3 - медная часть подкладки; 4 - стальная часть
подкладки; 5 - канал для защитного газа; 6 - прижим; 7 - канал для
охлаждающей воды

Сварка постоянным током прямой полярности характеризуется максимальной проплавляющей способностью. В диапазоне токов до 600 А доля тепловой мощности, вводимой в изделие, составляет 60 - 80 %; потери на нагрев вольфрамового электрода - около 5 %, а лучевые потери от столба дуги - 5 - 35 %. При сварке постоянным током обратной полярности потери на нагрев неплавящегося электрода - анода - составляют около 50 % общей мощности дуги. Поэтому с энергетической точки зрения сварка током обратной полярности невыгодна. Концентрация нагрева в этом случае ниже, швы имеют меньшую глубину и большую ширину проплавления, чем при сварке на прямой полярности или переменным током. Преимуществом сварки дугой обратной полярности является эффективное разрушение оксидных пленок с обеспечением высокой чистоты поверхности сварочной ванны за счет развития катодного распыления. Процесс характеризуется хорошим сплавлением основного и присадочного металлов даже при нетщательной подготовке поверхности изделий под сварку.

Сварка переменным током является наиболее распространенным процессом при изготовлении конструкций из алюминиевых и магниевых сплавов. Очистка поверхностей от оксидов происходит в полупериоды обратной полярности. В диапазоне сварочных токов 250 - 600 А существенную роль в проплавлении шва играет механическое воздействие дуги. Увеличение сварочного тока от 300 до 600 А при сварке, например стали Х18Н9Т толщиной 16 мм приводит к линейному возрастанию силового воздействия дуги с 6Ч10-2 до 15Ч10-2 Н. В связи с этим столб дуги углубляется в расплавленный металл, в результате чего уменьшается прослойка жидкого металла под дугой и улучшаются условия теплопередачи в основной металл. Однако глубина проплавления увеличивается ~ на 50 % (от 6 до 9 мм), а ширина возрастает ~ на 70 % (от 10 до 18 мм). Более медленный рост проплавляющего действия дуги связан с тем, что с увеличением сварочного тока одновременно растет диаметр столба дуги и расширяется пятно нагрева, а плотность теплового потока меняется незначительно.

Выбор оборудования

В качестве защитного газа наиболее часто применяют аргон. Промышленное получение аргона относительно несложно — он добывается как побочный продукт при получении кислорода из воз­духа. Аргон значительно тяжелее гелия и на 25% тяжелее возду­ха, следовательно, при равных условиях расход аргона на 30—40% меньше расхода гелия. Кроме того, аргон дешевле гелия.

Поэтому в настоящее время при изготовлении изделий из раз­личных легированных сталей, алюминиевых и магниевых сплавов широко применяется так называемая аргонодуговая сварка.

При этом способе дуга горит между изделием и элект­родом в струе аргона, который поступает через мундштук электродо-держателя (сварочной горелки).

Дуга в среде аргона горит при на­пряжении 12-15 в, но для ее возбуждения необходимо напряжение 200—250 в, что вызвано высоким значением потенциала ионизации аргона в сравнении с азотом и кислородом. Учитывая, что такая величина напряжения холостого хода опасна для сварщика, при­меняют стандартные сварочные трансформаторы, но с дополнитель­ным наложением на дугу тока от осциллятора или от специального генератора импульсов напряжением до 300 в.

В связи с тем, что свойства электрода из вольфрама отличаются от свойств свариваемого металла, при сварке в аргоне на перемен­ном токе возникает несимметричная форма кривой напряжения дуги. Это приводит к тому, что в сварочной цепи появляется состав­ляющая постоянного тока. В те моменты, когда электрод является катодом, ток дуги больше,  а при смене полярности ток заметно уменьшается. Наличие составляющей постоянного тока нежела­тельно, так как она снижает величину коэффициента мощности и уменьшает устойчивость горения дуги.

Осцилляторы или генераторы импульсов устраняют эффект выпрямления тока в дуге. Импульсы подаются на дугу синхронно со сменой полярности в моменты, когда изделие становится катодом. В эти же моменты при сварке наблюдается явление катодного распыления, которое выражается в разрушении пленки окис­лов на поверхности сварочной ванны. Предполагается, что разру­шение окисных пленок обусловлено ударами тяжелых положитель­ных ионов, которые в соответствии со знаком своего заряда движут­ся к катоду дуги. Аргонодуговую сварку можно выполнять как неплавящимися, так и плавящимися электродами. С использованием неплавящимися электродами применяют вольфрамовые стержни диаметром до 4 мм.

Сила тока, выбираемая в зависимости от толщины деталей, рода тока и по­лярности дуги, находится в пределах от 50 до 300 а.

Диаметр плавя­щихся электродов не превосходит 3 мм при сварочном токе не более 400 а.

Для питания дуги желательно применять источники тока с жесткими или даже слегка возрастающими характеристиками.

Качество сварных соединений сильно зависит от химического состава аргона. При сварке циркония, молибдена, тантала, титана и его сплавов следует применять аргон с чистотой не ниже 99,98%. Для алюминиевых сплавов допуска­ется снижение чистоты аргона до 99,95%.

Расход аргона составля­ет 6—8 л/мин при сварке деталей толщиной 2-3 мм и 12—17 л/мин при толщине 8—10 мм.

При сварке неплавящимся электродами обычно выбирают переменный то­ке с применением осцилляторов или на постоянном токе обратной по­лярности.

При сварке на постоянном токе максимально допустимый сварочный ток определяют по формуле

l= 80d,

где l — сила тока,  A;  d — диаметр электрода,  мм.

При сварке на переменном токе определяют по формуле

l = 60d.

При сварке с водяным охлаждением сварочный ток увеличивают на 20—30%.

Диаметр присадочного прутка опре­деляют по формуле

d = 0,5s + 1,

где s — толщина металла, мм.

При сварки плавящимся электродом осуществляют проволокой диамет­ром 0,6—3,0 мм.

Сварочные материалы

Неплавящиеся электроды бывают уголь­ными, графитовыми и вольфрамовыми. Угольные и графитовые элект­роды применяют только при сварке на постоянном токе. Вольфрамо­вые электроды применяют при сварке постоянным и переменным то­ком.

Плавящиеся электроды, в зависимости от назначения и химического состава свариваемого металла, могут быть изготовлены из различных материалов: стали, чугуна, меди, латуни, бронзы, алю­миния и твердых сплавов. Применяют их при сварке без покрытия (обмазки) или со слоем тонкого либо толстого покрытия (об­мазки).

Стальные электроды изготовляют из стальной сварочной проволо­ки ГОСТ 2246—80 диаметром от 0,3 до 12 мм.

Химический состав сварочной проволо­ки ГОСТ 2246—80

Электроды пред­ставляют металлические стержни диаметром 1,6—12 мм, длиной от 350 до 450 мм. Для сварки углеродистой стали электроды изготовля­ют из мягкой стальной проволоки, содержащей 0,08—0,12% С; со­держание фосфора и серы допускается в пределах до 0,04%. При свар­ке легированной стали электроды изготовляют из низколегированной стальной проволоки, содержащей до 0,22% С. При автоматических и полуавтоматических процессах сварки применяют только электрод­ную проволоку без покрытия.

Электроды разделяют на три группы: углеродистая (Св. 08, Св. 10ГС и т. д.), легированная (Св. 18ХМ9, Св. 10Х5М, Св. 20ХГС) и высоколегированная (Св. 07Х18Н9Т, Св. 07Х25Н20 и т. д.).

Качественные электроды (т. е. электроды с разнообразными толс­тыми покрытиями) делят на типы по их назначению и механическим свойствам сварного шва.

Толщина такого стабилизирующего покрытия электродов состав­ляет 0,1—0,3 мм на сторону, а толстого — 0,5—3 мм на сторону. Тон­кие покрытия (обмазки) повышают устойчивость горения дуги, поэто­му их. Они состоят из мела или поташа, калиевой селитры, углекислого бария называют ионизирующими покрытиями, титанового концент­рата, силиката калия, полевого шпата и др. Электроды с тонкими обмазками применяют для сварки малоответственных конструкций, так как сварные швы, выполняемые этими электродами, обладают пони­женными механическими свойствами вследствие влияния атмосферы на расплавленный металл.

Химический состав покрытий электродов, %

Электроды с толстыми (защитными) обмазками повышают устой­чивость горения дуги и защищают расплавленный металл от окисле­ния и насыщения азотом. Наличие в покрытии раскислителей FeMn, FeSi, FeTi позволяет восстанавливать окислы металла на кромках изделия. При необходимости в обмазку добавляют легирующие эле­менты, обеспечивая получение соединения с определенными физико-механическими свойствами.

Выбор металла

В настоящее время в машиностроении применяют сварные конст­рукции из алюминия и его сплавов. При сварке алюминия и его сплавов возникают трудности вследствие того, что алюминий легко окисляется и на его поверхности образуется тугоплавкая пленка окиси алюминия (А12О3) с температурой плавления 2050° С. Эта пленка, хотя и защи­щает поверхность металла от дальнейшего окисления, препятствует сплавлению кромок. Поэтому ее следует перед сваркой механически удалять и не допускать образования в процессе сварки.

При нагревании до температуры плавления алюминий быстро пере-  ' ходит из твердого состояния в жидкое при температуре 627о С. Нагрев до 400—500° С часто сопровождается образованием прогибов, изло­мов и провалов участков свариваемого изделия. Поэтому сварку ре­комендуют вести на формирующих подкладках.

При затвердевании алюминий и его сплавы дают большую усадку, вследствие этого вблизи шва могут образовываться трещины. Для пред­отвращения таких явлений для сварки алюминия и его сплавов при­меняют прутки и электроды специального состава.

Перед сваркой кромки изделия и присадочные прут­ки очищают металлической щеткой от грязи, обезжиривают бензином, и раствором каустической соды и подвергают травлению. Травление производят при 50—70°С в растворе "едкого натрия (45—50 г/дм3 воды) в течение 1 мин. После травления изделия промывают в холод­ной и горячей воде.

Для удаления пленки окиси алюминия из сварочной ванны приме­няют порошкообразные флюсы или специальные пасты. Наибольшее распространение получил флюс, содержащий 50% хлористого калия, 28% хлористого натрия, 14% хлористого лития и 8% фтористого нат­рия. Остатки флюса вызывают коррозию, поэтому после сварки шлак и остатки этого флюса смывают с поверхности шва теплой водой, а затем 5%-ным раствором азотной кислоты с 2% хромпика с последу­ющей промывкой водой в течение 5 мин и сушкой. Этот флюс в виде пасты, замешанной на воде, применяют при газовой сварке.

При сварке алюминия и его сплавов в качестве присадки применя­ют проволоку того же химического состава, что и химический состав свариваемого металла. Хорошие результаты при сварке сплава АМц и некоторых термически обрабатываемых алюминиевых сплавов дает применение присадочной проволоки марки АК, содержащей около 5% Si. Эта проволока обеспечивает повышенную жидкотекучесть ме­талла шва и меньшую усадку его при остывании.

Сварку алюминиевого литья ведут с предварительным подогревом до 250—260°С. Для получения мелкозернистого строения и устране­ния внутренних напряжений шов иногда подвергают отжигу при 300— 350°С.

При электродуговой сварке металлическим электродом применяют специальную обмазку, в состав которой входит до 15% хлористого натрия, до 50% хлористого калия и до 35% криолита. На 100 г смеси добавляют 50 см3 воды. Связывающим веществом служит хлористый натрий, который одновременно является и флюсующим. Толщина обмазки на электроде достигает 1—1,2 мм на сторону. Сварку алю­миния и его сплавов ведут на постоянном токе при обратной поляр­ности. Шлак после сварки удаляют горячей водой.

Аргонно-дуговая сварка алюминия

Рассмотрим особенности технологии аргонодуговой сварки при восстановлении деталей из алюминиевых сплавов.

Наплавляемые  участки следует тщательно очистить от гря­зи, жиров и окислов, а также протравить 10 %-ным раствором азотной кисло­ты, включая   расстояние 15...20 мм от кромок наплавляемого участка.

Перед наплавкой требуется нагреть подготовленное для ремонта место до температуры 200 °С в электрической печи или газовой го­релкой с наконечником № 4.

Для местного нагрева хорошие ре­зультаты дают инфракрасные излучатели, которые, как правило, в ремонтных предприятиях не имеются.     Температура нагрева конт­ролируется при помощи термочувствительного карандаша.

При восстановлении посадочных поверхностей подшипни­ков применяют аргонно-дуговую наплавку присадной проволокой Св-АК5,Св-АК10, Св-АК12.

Наплавка производится вдоль восстанавливаемой поверхности, поворачивая каждый раз блок электрода вокруг продольной оси после нанесения каждого шва.

При обнаружении пористости шва низкого качества де­фектный шов вырубается и наплавка повторяется.

Подготовка и порядок работы при аргонодуговой сварке:

1. Подключить вилку шнура питания к розетке питающей сети.
2. Подключить сварочный кабель с зажимом к силовому соединителю + , а горелку к разъему - , разъему управления и штуцеру газопровода.
3. Подключить зажим к свариваемой детали или сварочному столу.

4. Подключить газовую магистраль к штуцеру на задней панели.

5. Установить переключателями и задатчиками род сварочного тока, начальную полярность, частоту, соотношение времен токов прямой и обратной полярностей и значения токов.

6. Отключить тумблер включения осциллятора.
7. Включить автоматический выключатель.
8. Нажав кнопку контроля газа, выставить, с помощью
дросселя ротаметра, необходимый его расход.
9. Аппарат готов к работе при контактном возбуждении
дуги.
10. Если по технологии необходимо бесконтактное
возбуждение дуги, тумблер включения осциллятора перевести в верхнее положение.

11. Нажать кнопку горелки и выдержать время достаточное для продувки системы защитным газом (для удаления воздуха из магистрали подачи защитного газа).
12. Не отпуская кнопки, касанием электрода детали возбудить дугу. Дуга зажигается на минимальном токе.
13. Переместить дугу в место сварки и отпустить кнопку. При этом сварочный ток возрастает до заданной величины.

14. Произвести сварку. При необходимости откорректировать величину сварочного тока.
15. При окончании сварки, для заварки кратера снова нажать кнопку горелки. При нажатии на кнопку ток плавно уменьшается до гашения дуги.

Дефекты, причины их возникновения

В процессе эксплуатации металлический конструкций и изделий появляются дефекты вызванные старением или условиями эксплуатации.

Понятие старения металла может использоваться в трех видах оценки их состояния: моральное старение, буквальное старение материалов некоторых деталей, старение, связанное с изнашива­нием рабочих поверхностей.

Причиной морального старения является появление в сфере эк­сплуатации новых металлов с более эффективными рабочими, эко­логическими, экономическими и другими свой­ствами по сравнению со сплавами предыдущих поколений.

Буквальное старение связано с необратимыми процессами фи­зико-химических изменений свойств материалов.

Третий вид старения связан с изменением геометрических раз­меров и форм рабочих поверхностей деталей в результате их изна­шивания. К этому виду старения относятся происходящие в ре­зультате длительной эксплуатации (воздействия разного рода уси­лий) такие изменения в деталях, как смещение поверхностей относительно друг друга и изменения физико-механических свойств их материалов (твердости, упругости, выкрашивания твердого слоя металла, возникновение трещин и т.д.).

Последние два вида старения связаны с длительным воздей­ствием на металл эксплуатационных факторов — природно-климатических, механических, динамических, терми­ческих и т. п. Проявления этих двух видов старения являются не­обратимыми. Борьба с такими проявлениями является основной целью ремонта, но не единственной.

Перечисленные проявления старения связаны с постепенным ухудшением показателей технических характеристик металла или агрегатов и приводят к исчерпанию ресурса.

Во время эксплуатации металлических конструкций происходит изнашивание вследствие чего образуются дефекты которые устраняют сваркой. То есть дефекты образуются в результате какого либо износа.

Приведем основные виды износа металлических изделий:

Абразивное изнашивание — процесс механического изна­шивания материала в результате (в основном) режущего или ца­рапающего действия твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Абразивное изнашивание является одним из наиболее распространенных и разрушительных видов изнашивания. Более 60% отказов строительных, дорожных и сель­скохозяйственных машин вызваны абразивным износом. Абразивному изнашиванию подвергаются днища корпусов.

Гидроабразивное (газоабразивное) изнашивание про­исходит в результате действия твердых частиц, взвешенных в жидкости (газе), перемещающихся относительно поверхности материала.

Эрозионное изнашивание (гидроэрозионное, газоэрозион­ное) — механическое изнашивание в результате воздействия по­тока жидкости и (или) газа. В этом случае поток жидкости, об­ладающий высокой скоростью и давлением, разрушает защитную окисную пленку деталей, вызывает эрозионное разрушение мате­риала.

Усталостное изнашивание — механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформиро­вании микрообъемов материала поверхностного слоя. Наиболее часто усталостное изнашивание проявляется на деталях различных опорных конструкций. Усталостное изнашивание явля­ется следствием многократного механического воздействия на микровыступы трущихся поверхностей. Отделению частиц способ­ствует наклеп поверхностного слоя, повышающий хрупкость ма­териала и снижающий усталостную износостойкость. Следует раз­личать контактную усталость поверхностных слоев, которая воз­никает при трении качения и проявляется в развитии местных очагов разрушения (питтинг), и усталостное изнашивание, про­являющееся при трении скольжения в виде отделения микрообъ­емов материала поверхностного слоя детали.

Окислительное изнашивание — коррозионно-механическое изнашивание, при котором основное влияние на изнашивание имеет химическая реакция материала с кислородом воздуха или другой окисляющей окружающей средой с образованием на поверхности трения защитных окисных пленок, последующим раз­рушением этих пленок в результате трения, с повторением процес­са. Окислительному изнашиванию подвергаются цилиндры, шей­ки коленчатых валов и другие детали, работающие при трении скольжения.

Коррозионно-механическое изнашивание соприкасающихся тел при малых колебательных относительных перемещениях. На участках, пораженных коррозией, протекают процессы «схваты­вания», абразивного разрушения, усталостно-коррозионные раз­рушения. Это изнашивание возможно в местах контакта плотно сжатых деталей, если в результате вибрации между их поверхнос­тями возникает микроскопическое колебательное перемещение. Из­нашиванию при коррозии подвергаются детали имеющие контакт с агрессивными средами.

Электроэрозионное изнашивание — эрозионное изна­шивание поверхности в результате воздействия разрядов при про­хождении электрического тока. Этот вид изнашивания характерен для контактов и разъемных соединений деталей системы электро­оборудования, например «электропровод — вывод».

Процессы изнашивания многообразны, они достаточно изучены. При ремонте машин и их элементов важны результа­ты процесса изнашивания — степень износа, динамика изнаши­вания по наработке (характеристика изнашивания) и причина воз­никновения износа. Эта информация позволяет провести оценку технического состояния металлических конструкций, выявить причины возникнове­ния отказов, обосновать требования технических условий при ремонте, обосновать способ восстановле­ния изношенных поверхностей деталей, обеспечивающий необ­ходимый уровень износостойкости.

При проведении исследования процесса изнашивания исполь­зуют методику, основанную на индивидуальном наблюдении за изменением размерных и других характеристик рабочих поверх­ностей только одной детали в лабораторных условиях или в усло­виях нормальной эксплуатации, а также методику, основанную

Методы контроля сварных соединений

Все контрольные операции, применяемые в сварочном произ­водстве, можно разделить в хронологическом порядке на методы контроля делятся на следующие группы: предварительный контроль, контроль в процессе сварки (текущий контроль) и заключительный контроль (приемо-сдаточные испытания).

Элементы, входящие в каждый метод, показаны ниже на клас­сификационной схеме.

Охарактеризуем более подробно метод текущий метод контроля.

Аппаратуру, приборы и инструменты, ко­торыми пользуются при выполнении сварочных работ, следует систематически проверять в процессе эксплуатации. Это необхо­димо для того, чтобы своевременно выявить те или иные неисправ­ности аппаратуры и тем самым устранить возникновение брака продукции.

Контроль режима сварки. При ручной дуговой сварке необходимо проверять соответствие сорта и диаметра элект­родов, заданных по технологическому процессу, правильности управления дугой и порядка наложения швов.

При автоматической электросварке плавлением следует прове­рять как правильность настройки аппарата, так и следить за соблю­дением заданного электрического режима.

При контактной сварке нужно обращать внимание на соблю­дение строгого соответствия между величинами тока, временем на­грева и усилием сжатия, так как слабый нагрев при нормальном давлении или нормальный нагрев при недостаточном давлении вызывает появление непроваров.

Очень сильный нагрев, обуслов­ленный избыточной мощностью тока или излишней его продолжи­тельностью, ведет к перегреву, а иногда и пережогу металла.

Слишком высокое давление, приложенное после нагрева при точеч­ной или шовной, сварке, приводит к образованию чрезмерных углублелий в основном металле, ослабляющих рабочее се­чение.

При газовой сварке нужно проверять соответствие флюса и при­садочного металла заданным, а также правильность выбора мощ­ности и регулировки горелки и следить за соблюдением правил техники наложения швов.

При любых методах сварки, применяемых для изготовления ответственных конструкций, очень ценным мероприятием явля­ется проведение механических, а иногда и металлографических ис­пытаний образцов-свидетелей, т. е. образцов, полученных из заго­товок, сваренных в цехе при полном соблюдении тех же условий, которые имели место при сварке данного изделия.

Иногда практи­куется испытание образцов, вырезанных непосредственно из гото­вой сварной конструкции.

Осмотр и обмер. При производстве сварных конст­рукций необходимо осматривать швы и проверять их размеры по ходу процесса сварки. При индивидуальном производстве, помимо текущего внешнего осмотра швов, необходимо регулярное выпол­нение контрольных обмеров всей свариваемой конструкции.

Контроль общего хода процесса сварки. Соблюдение правильного хода технологического процесса изготов­ления сварных конструкций имеет важное значение. Доброкачест­венность всех сварных швов конструкции отнюдь еще не является гарантией доброкачественности ее в целом. Это объясняется уса­дочными явлениями, возникающими почти при всех способах свар­ки.                                                          

Борьба с усадочными явлениями должна проводиться на всех этапах изготовления сварной конструкции. В период наложения швов необходимо следить за точным соблюдением запроектирован­ного порядка сварки. Несоблюдение технологического процесса может привести к возникновению контуров, жестко закрепленных ранее наложенными швами, а это в свою очередь повлечет за собой возникновение внутренних напряжений, вызывающих образование трещин, либо трудно исправимое коробление и изменение размеров конструкции.

Преимущества и недостатки аргонодуговой сварки

Приемущества аргонодуговой сварки:

• Можно получить металл шва с более высокими пластическими свойствами, чем при сварке в воздушной среде.
• Сварочная дуга горит в струе инертного газа, защищающая металл от вредного воздействия окружающей среды.
• Малый расход и дешевизна производства аргона.
• Высокая скорость сварных работ.

Недостатки аргонодуговой сварки:

• Образование пор в наплавленном металле, это обстоятельство способствовало тому что этот способ сварки не находил заметного применения в промышленности.
• Требуется выработать навык и определенный опыт при данной сварке.
• При сварке в аргоне на перемен­ном токе возникает несимметричная форма кривой напряжения дуги. Это приводит к тому, что в сварочной цепи появляется состав­ляющая постоянного тока. В те моменты, когда электрод является катодом, ток дуги больше,  а при смене полярности ток заметно уменьшается. Наличие составляющей постоянного тока нежела­тельно, так как она снижает величину коэффициента мощности и уменьшает устойчивость горения дуги.
• Качество сварных соединений сильно зависит от химического состава аргона.

ЛИТЕРАТУРА

1.      МатийкоН. М. и   Радунский Л. Д. Развитие дуговой электро­сварки в СССР. Госэнергоиздат, 1960.

2.      Погодин-Алексеев Г. И.  Теория сварочных процессов. Изд. 2-е. Машгиз, 1950.

3.      А л о в А. А. Основы теории процессов сварки и пайки. «Машиностроение» 1964.

4.      Демянцевич В. П. Металлургические и технологические основы ду­говой сварки. Машгиз, 1962.

5.      Рыкалии Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. Машгиз, 1951.

6.      Трочун И. П. Внутренние усилия и деформации при сварке. Машгиз,

      1964

7.      Технология электрической сварки плавлением, под ред. Б. Е. Патона  Маш­гиз,   1962.

8.      Рабинович И.  Я.  Оборудование для дуговой электрической свапки Машгиз,  1958.

9.      Заруба И. Н. и др. Сварка в углекислом газе. Киев, Гос. издат. техн.

10. лит.,  1960.

11. Электрошлаковая сварка. Изд. 2-е испр. и дополн. под редакцией Б. Е. Па­тона. Машгиз,   1959.

12. Ахун А. И. Контактные электросварочные машины. Машгиз, 1958.

13. Гельман А. С. Контактная электросварка. Машгиз, 1949.

14. ГлизманенкоД. Л. и   Е, в с е е в Г. Б. Газовая сварка и резка метал­лов. Изд. 2-е, переработ. Машгиз, 1961.

15. Клячкин Я. Л. Сварка цветных металлов и их сплавов.

              «Машинострое­ние»,  1964.

16. ЛакедемонскийА. В. и   Хряпин В. Е. Паяние и припои. Металлургиздат,   1961.

17. НазаровС.  Т. Методы контроля качества сварных соединений. Маш.­гиз, 1961.