Технология сварки углеродистых сталей

                                                 1.Введение

Современный технический  прогресс в промышленности неразрывно связан с совершенствованием сварочного производства. Сварка как высокопроизводительный процесс изготовления неразъемных соединений находит широкое применение при изготовлении металлургического, химического и энергического оборудования, различных трубопроводов, в машиностроении, в производстве строительных и других конструкции.

Сварка – такой же необходимый  технологический процесс, как и  обработка металлов, резанием, литье, ковка. Большие технологические  возможности сварки обеспечили ее широкое  применение при изготовлении и ремонте  судов, автомобилей, самолетов, турбин, котлов, реакторов, мостов и других конструкций. Перспективы сварки, как  в научном, так и в техническом  плане безграничны. Её применение способствует совершенствованию машиностроения и развития ракетостроения, атомной  энергетики, радио электроники.

Газовая сварка, при которой  для плавления металла используют теплоту горящей смеси газов, также относятся к способам сварки плавлением. Способ газовой сварки был разработан в конце ХIХ.., когда  началось промышленное производства кислорода, водорода и ацетилена, и является основным способом сварки металлов.

Наибольшее распространения получила газовая сварка с применением ацетилена. В настоящее время объем газосварочных работ в промышленности значительно сокращен, но ее успешно применяют при ремонте изделий из тонколистовой стали, алюминия и его сплавов, при пайке и сварки меди, латуни и других цветных металлов используют в современных производительных процессах газо-термическую резку, например при цеховых условиях и на монтаже.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Тех.  Процесс газовой сварки углеродистых  сталей.

  В   зависимости от химического  состава сталь бывает углеродистая и легированная    углеродистая сталь делится на низкоуглеродистую  (содержание углерода до 0,25%), среднеуглеродистую  (содержание   углерода   от   0,25   до   0,6%)   и   высоко-углеродистую   (содержание  углерода  от 0,6 до 2,0%).   Сталь, в составе которой кроме углерода имеются легирующие компоненты (хром, никель, вольфрам, ванадий и т. д.), называется легированной Легированные стали бывают: низколегированные суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, менее 2,5%); среднелегированные (суммарное содержание генерирующих   компонентов,   кроме  углерода,   от  2,5  до   10%), высоколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов  кроме углерода, более 10%).

По микроструктуре различают стали перлитного, мартенситного,   аустенитного,    ферритного   и   карбидного   классов.

По способу производства - сталь может быть:

обыкновенного качества (содержание углерода до 0,6%), кипящая, полуспокойная и спокойная. Кипящую сталь получают при неполном раскислении металла кремнием, она содержит до 0,05% кремния. Спокойная сталь имеет однородное плотное строение и содержит не менее 0,12% кремния. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталями и содержит 0,05-0,12% кремния, , качественной - углеродистой или легированной, в которых содержание серы и фосфора не должно превышать по 0,04 каждого элемента.

высококачественной - углеродистой или легированной, в которых содержание серы и фосфора не должно поевышать соответственно 0,030 и 0,035% Такая сталь, также имеет повышенную чистоту по неметаллическим включениям и обозначается буквой А, помещаемой после обозначения марки.

По назначению стали бывают строительные, машиностроительные (конструкционные), инструментальные и стали с особыми физическими свойствами.

При сварке низкоуглеродистой стали на качество сварного соединения влияет скорость охлаждения. Повышенная скорость охлаждения металла шва увеличивает его прочность, но уменьшает пластичность и ударную вязкость, что объясняется изменением структуры шва и зоны термического влияния. Скорость охлаждения зависит от дины свариваемых деталей, их конструкции, режима  сварки и начальной температуры изделия.

Для сварки низкоуглеродистой  стали применяют электроды Э42 и Э46 различных мг, но для сварки конструкций с элемент большой  толщины (более 20 мм), а также ответствен конструкций, работающих под большим  давлением или испытывающих динамические и вибрационные нагрузки, изготовляемых  из спокойной стали и работающих или свариваемых при низкой температуре, должны применят электроды Э42А и  Э46А. Прокаленные электроды лучше хранить в сушильных печах при температуре 45 — 100 градусов, в помещении с относительной влажностью при температуре не ниже 15°С. На рабочем месте прокаленных электродов должно быть не более чем на половину рабочей смены. Не допускается при сварке возбуждать дугу или водить кратер на основном металле, это следует дел только в пределах шва. Если в проекте имеется специальное указание, то при сварке стыковых, угловых и тавровых швов должны устанавливаться начальные и выводные планки, на которые выводятся начало и конец шва.

Механизированная сварка низкоуглеродистой стали широко применяется при изготовлении и  монтаже конструкций. На заводах, изготовляющих  строительные конструкции, распространена сварка в углекислом газе, на строительных площадках — сварка порошковой проволокой. Механизированную сварку под флюсом применяют для манной сварки стержней арматуры сборных железобетонных конструкций и протяженных швов в нижнем положении.

Сварка высокоуглеродистых сталей чаще всего выполняется при изготовлении инструмента - режущего, врубового, бурильного, деревообрабатывающего и др. Технология сварки предусматривает предварительный подогрев изделий и последующую термообработку. Основные способы сварки этих сталей: стыковая, контактная, газовая, электродуговая. 

Сварка высокоуглеродистых сталей затруднена и возможна при толщине металла не более 6 мм. При сварке осуществляются предварительный подогрев и последующая термическая обработка. 

Сварка высокоуглеродистых сталей производится с применением флюса ( 50 % углекислого натрия Na2C03 и 50 % двууглекислого натрия NaHC03) и подогревом до 600 - 650 С для более медленного охлаждения наплавленного металла с целью избежания закалки. После сварки изделие отжигают при температуре 750 - 800 С. 

Сварка высокоуглеродистых сталей марок ВСтб, 45, 50 и 60 и литейных углеродистых сталей с содержанием углерода до 0 7 % еще более затруднительна. Эти стали применяют главным образом в литых деталях и при изготовлении инструмента. Сварка их возможна только с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 350 - 400 С и последующей термообработкой в нагревательных печах. При сварке должны соблюдаться правила, предусмотренные для среднеуглеродистой стали. Хорошие результаты достигаются при сварке узкими валиками и небольшими участками с охлаждением каждого слоя. После окончания сварки обязательна термическая обработка. 

Сварка низкоуглеродистых  сталей. Такие стали имеют повышенное содержание  углерода, которое является  причиной  образования кристаллизационных трещин  при сварке, а так же малопластичных  закалочных структур в около-шовной зоне.  Поэтому для повышения стойкости металла  шва против  образования кристаллизационных трещин  следует понизить  количество углерода в металле шва.

   Что бы  снизить  вероятность появления закалочных  структур, необходимо применять предварительный и  сопутствующий подогрев  изделия. Надёжным способом  достижения  равнопрочности сварного соединения  при низком процентном содержание углерода является дополнительное  легирование металла шва марганцем и кремнием.

Среднеуглеродистые стали  свариваются электродами УОНИ-13/45, УП-1/45, УП-2/45, ОЗС-2, УОНИ-13/45, К-5А, УОНИ-13/65 и другие.

Основные  технологические указания по газовой  сварке среднеуглеродистых сталей сводятся к следующему:

1. В целях уменьшения окислительных  реакций в сварочной ванне  пламя следует регулировать с  небольшим избытком ацетилена.  Полезным также является применение  флюсов, например:

а) 50% углекислого натрия и 50% двууглекислого натрия;

б) 70% борной кислоты и 30% углекислого  натрия; в) 34% буры, 6,5% хлористого натрия, 58% углекислой соды и 1,5% окиси железа.

2. Чтобы получить более пластичный  металл шва при достаточной  его прочности, в качестве присадочного  металла используется проволока  марок Св-08Г, Св-10ГА, Св-10ГС и  СВ-10ГСМ по ГОСТу 2246-60.

3. В целях уменьшения перегрева  и времени пребывания ванны  в расплавленном состоянии сварку  следует производить максимально  быстро. Увеличение скорости сварки  возможно либо при общем предварительном  нагреве свариваемого изделия  до 300-400° С, либо при местном нагреве в районе сварки до 650-700° С. Мощность пламени при этом берется 75-90 л/ч на 1 мм толщины свариваемой стали.

4. Во избежание получения хрупких  структур в околошовной зоне, производят замедление охлаждения (достаточен предварительный подогрев до 200-250° С) или последующий отпуск при 600-650° С.

Все эти мероприятия позволяют  получать доброкачественные сварные  соединения при содержании углерода в стали до 0,5-0,6%. При большем  содержании углерода сварка может быть успешной только при малых сечениях свариваемых деталей.

В ряде случаев вместо сварки можно  рекомендовать применение пайки  твердыми припоями.

 

Для сварки неответственных конструкций  из низколегированных сталей применяют  электроды типа Э42А, а ответственных-типа Э50А, что обеспечивает получение металла шва с необходимой стойкостью против образования кристаллизационных трещин и с требуемыми прочностными и пластическими свойствами. Легирование металла шва легирующими элементами за счет основного металла и повышенные скорости охлаждения позволяют получить металл шва с более высокими, чем при сварке низкоуглеродистых сталей, прочностными показателями.

Сварка толстого металла «каскадом» или «горкой» с замедленной скоростью  охлаждения металла шва и околошовной зоны предупреждает образование в них закалочных структур. Этого же можно достигнуть предварительным подогревом изделия до температуры 150-200°С. Указанные выше способы дают хорошие результаты на нетермоупрочненных сталях. При сварке термоупрочненных сталей с целью уменьшения разупрочнения стали в околошовной зоне рекомендуется выполнять сварку длинными валиками по охлажденным предыдущим валикам.

3. Материалы, инструменты  и приспособления.

Основным инструментом сварщика-ручника  является электрододержатель, конструктивное исполнение которого в значительной мере определяет удобство работы и производительность труда. Электрододержатели должны надежно закреплять электрод при любом положении во время сварки, иметь минимальную массу, быть удобными в эксплуатации и др. Основные параметры и технические требования, предъявляемые к электрододержателям, маркировка, методы испытания их установлены ГОСТ 14651 — 78 Е (табл. 1.12).

Конструкция электрододержателя должна обеспечивать замену электрода в течение не более 4 с и закрепление электрода в одной плоскости не менее чем в двух положениях (перпендикулярно и под углом), а также надежное присоединение кабелей.

Изолирующие детали электрододержателей, расположенные в области крепления электрода, должны быть изготовлены из материала, стойкого к термическому воздействию сварочной дуги.

Требования безопасности электрододержателей регламентированы ГОСТ 12.2.007.8—75. Сопротивление изоляции токопроводящих частей электрододержателей при нормальных климатических условиях должно быть не ниже 5 МОм, изоляция рукоятки должна выдерживать без пробоя в течение 1 мин испытательное напряжение 1500 В частотой 50 Гц, температура наружной поверхности рукоятки по сравнению с температурой внешней среды на участке, охватываемом рукой сварщика, при нормальном режиме работы не должна быть выше 40 °С.

Электрододержатели серии ЭД позволяют закреплять электрод нажатием рычага в положениях, удобных для сварщика. Аналогично удаляется огарок. Сварочный кабель присоединяется через кабельный наконечник, изоляционные детали изготовлены из термостойких полимерных материалов.

Электрододержатели серии ЭП пассатижного типа используют при силе сварочного тока 250 и 500 А. Усилием цилиндрической пружины 2 электрод зажимается между нижней губкой 5, по которой к нему подводится электрический ток, и рычагом 3. Канавки в зажиме, расположенные под различными углами, позволяют закреплять электрод под двумя углами к продольной оси электрододержателя. Огарок освобождается нажатием на рычаг. Сварочный кабель подсоединяется к электрододержателю путем механического зажатия кабеля с расклиниванием конца его между корпусом нижней губки и конусом втулки 6. Электрододержатель изолируется теплостойкими полимерными деталями.

 

Электрододержатели серии ЭДС защелочного типа предназначены для работы с силой тока 125, 300 и 500 А.

Электрододержатели серии ЭУ ("Луч") того же защелочного типа рассчитаны на силу тока до 315 А (ЭУ-300) и до 500 А (ЭУ-500). Электрод вставляется в отверстие и поворотом на требуемый угол (три положения) фиксируется в держателе. Усилие прижатия создает размещенная в изолированном корпусе цилиндрическая пружина, расположенная по оси рукоятки и корпуса держателя.

Техническая характеристика электрододержателей для ручной сварки плавящимся электродом.

 

 

4.Техника безопасности  при выполнении сварочных работ.

Нарушение техники безопасности при проведении сварочных работ часто приводит к самым печальным последствиям – пожарам, взрывам и как следствие травмам и гибели людей.