Сварка стали

 

Схема газовой сварки

При нагреве газовым пламенем 4 кромки свариваемых заготовка 1, расплавляются  вместе с присадочным металлом 2, который дополнительно может  вводится в пламя горелки 3. после  остывания образуется сварочный шов 5. Смотри рисунок 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приспособления  для сварки изделий 
Сварочные посты.

Сварочные посты могут быть стационарными и передвижными.

К стационарным постам относятся, посты, расположенные в цехе, преимущественно в отдельных кабинах, в которых сваривают изделия небольших размеров.

К передвижным постам относятся  посты, которые приспособлены для  монтажа крупногабаритных изделий /трубопровод, металлоконструкции, сосуды/ и приспособления для ремонтных  работ. При этом часто используют переносные источники питания.

Для подвода тока от источника питания  к электродержателю и изделию  используют сварочные провода, сечение  которых выбирают по установленным  нормативами для электротехнических установок /5-7 а/мм² /.

На сварочном посту дуговой сварки должен быть источник питания сварочной дуги /трансформатор, выпрямитель/, реостат для регулировки сварочного тока в Амперах, стол /верстак/, на посту не должно быть никаких сгораемых или легковоспламеняющихся материалов.

Для газосварочного поста нужно горючие газы в баллонах: ацетилен, кислород, бутан, бензин, керосин. Телега или носилки для переноса или перевозки баллонов в нужное место.

 

Шланги: Один кислородный;

                Один ацетиленовый;

                 Горелка или резак;

                 Наличие сварочных материалов

 

Оборудования поста для  газовой сварки

 

 

1 – горелка,

2 – шланг для подвода ацетилена  /рис. 6/,

3 – шланг для подвода кислорода, 

4 – ацетиленовый баллон,

5 – ацетиленовый редуктор,

6 – кислородный редуктор,

7 – кислородный вентиль, 

8 – кислородный баллон.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сварочная горелка.

Основным инструментом газосварщика является сварочная горелка.

Сварочной называется устройство, служащее для смешивания горючего газа и паров  горючей жидкости и с кислородом и получения сварочного пламени. Каждая горелка позволяет регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени.

Сварочные горелки, согласно ГОСТ 1077-79 классифицируется: по способу подачи горючего газа и, кислорода в смесительную камеру

Инжекторы и безинжекторные: по роду применяемого газа, по назначению –  универсальные и специализированные; по числу пламени многопламенные и однопламенные, по мощности – малой  мощности /расход ацетилена 25-400 дм³/₄/, средней мощности /расход ацетилена 400-2800 дм³/₄/, большой мощности /2800-7000 дм³/₄/, по способу применения – ручные и машинные.

Наибольшее применение имеют инжекторные  горелки, работающие на смеси ацетилена  с кислородам. В инжекторных горелках горючей газ подсасывается в  смесительную камеру струёй кислорода, подаваемого в горелку с большим давлением, чем горючей газ.

Этот процесс подсасывания называется инжекцией. Схема инжекторной горелки показана на рисунке 7.

В безинжекторных горелках горючий  газ и кислород подают примерно под  одинаковым давлением до 100 кПа. В них отсутствует инжектор, который заменён простым смесительным соплом, ввёртываемым в трубку наконечника горелки.

Схема безинжекторной горелки показана на рисунке 7.

Схема ацетиленовых горелок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А – инжекторные.                         Б – безинжекторные

1 – ствол горелки                          5 – смесительная камера

2 – гайка                                         6 – инжектор

3 – наконечник                              7 – регулировочный вентиль

4 – мундштук                                 8 – присоединительный штуцер

 

 

Схема электродержателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис – 8                     Поперечный электродержатель.

 

 

 

ПОНЯТИЯ О СВАРИВАЕМОСТИ  СТАЛЕЙ

 

Свариваемость – свойство металла  и сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Сложность понятия о свариваемости материалов объясняется тем, что при оценке свариваемости должна учитываться взаимосвязь сварочных материалов, металлов и конструкции изделия с технологий сварки.

 Показателей свариваемости  много. Показателей свариваемости  легированных сталей, предназначенных  например, для изготовления химической  аппаратуры, является возможность  получить сварочное соединение, обеспечивающее специальные свойства – коррозионную стойкость, прочность при высоких или низких температурах.

При сварке разнородных металлов показателем  свариваемости является возможность  образования в соединении межатомных связей. Однородные металлы соединяются сваркой без затруднений, тогда как некоторые пары из разнородных металлов совершенно не образуют в соединении межатомных связей, например, не сваривается медь с венцом, или титан с углеродной сталью.

Важным показателем свариваемости металлов является возможность избежания в сварных соединениях закаленных участков; трещин и других дефектов, отрицательно влияющих на работу сварного изделия.

Всё это говорит о том, что  свариваемость металла, его физических свойств, технологии сварки /выбор присадочного материала, режим сварки/, формы и размеров изделия, условий эксплуатации.

Единого показателя свариваемости  металла нет.

 

 

СВАРКА СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Среднелегированные стали /ГОСТ 4543-71/ обладают высоким значением временного сопротивления разрыву /600-2000 МПа/ и высокой стойкостью против перехода в хрупкое состояние; поэтому их применяют для конструкций, работающих при низких или высоких температурах, при ударных или знакопеременных нагрузках, в агрессивных средах и в других тяжелых условий.

       Среднелегированные  стали /20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГСНА, 30ХН2МФА  /, чувствительны к нагреву, при  сварке они могут закаливаться, перегревается, образовывать холодные  трещины, что затрудняет их  сварку.

Чем выше содержание углерода и легирующих примесей и чем толще металл, тем хуже свариваемость этих сталей.

Эти стали свариваются покрытыми  электродами с основным покрытием  на постоянном токе с обратной полярностью, швы выполняются многослойные каскадным  и блочным способами.

Технология сварки должна предусматривать низкие скорости и охлаждения металла шва. Существенно способствует предупреждению трещин в металле повышении его температуры более 150°С. /рис. 9/. длина ступени каскадной сварки должна выбираться из расчёта указанного разогрева металла предыдущего слоя шва. Обычно длина ступени сварки составляет 150-200 мм.

Марки покрытых электродов при сварке среднелегированных сталей /ВН 9-6, ВН 12-6, НИАТ – 3М, и др./ выбирают в зависимости  от вида термической обработки сварного соединения.

 

 

СВАРКА ЛЕГИРОВАННЫХ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ

 Теплоустойчивые стали по  микроконструкции подразделяются  на стали прелитного класса (12 МХ, 12 XIMIФ, 20 XIMIФITP и др.) и стали мартенситного класса.

Все теплоустойчивые легированные стали поставляются потребителю  после термической обработки (закалка плюс термический отпуск, отжиг); рабочая температура изделий из сталей /трубы паранагревателей, детали газовых турбин, трубы печей нефтезаводов и др. /не превышает 600°С; то они изготовляются из высоколегированной жаростойкой и жаропрочной стали.

Для дуговой сварки теплоустойчивых  легированных сталей ГОСТ 9467-75 предусматриваются  девять типов электродов / Э-0,9 М Э-0,9 МХ, Э-0,9 XI, Э-0,5 Х2М, Э-0,9 Х2МI, Э-0,9 MIМФ, Э-10 XIMIHФБ, Э-10 ХЗMIБФ, Э-10 Х5МФ/.

Технологией сварки сталей любой марки предусматривает предварительный или сопутствующий местный или общий подогрев свариваемого изделия, обеспечивающий по возможности и структурной однородности метала шва с основным металлом и термической обработки сварного изделия.

Подогрев свариваемого изделия необходим для устранения в металле трещин от сварки.

Химическая однородность металла  шва с основным металлом нужна  для исключения диффузионных явлений, которые могут произойти при  высоких температурах во время эксплуатации сварных изделий, так как перемещения химических элементов в процессе диффузии приводит к снижению длительности эксплуатации изделий.

С помощью термической обработки  удаётся улучшить во всём сварном  изделии микроструктуру металла. Но для повышения длительности работы изделий нужно правильно выбрать и осуществить режим термической обработки. Лучшая термическая обработка сварных изделий из легированной стали – закалка и высокий отпуск. На практике применяют только высокий отпуск или отжиг с нагревом до температуры около 780°С.

Необходимый свариваемого изделия, а  также термическая обработка  сварных изделий производится, как  правело индукционным током промышленной или повышенной частоты. Время выдержки при отпуске берётся из расчёта 4-5 мин/мм толщены стенки; охлаждения сварного изделия до температуры предварительного подогрева /200 – 450°C/ должно быть медленным.

Для сварки теплоустойчивых легированных сталей в монтажных условиях при  невозможности подогрева и последующей  термообработки применяют электроды  марки АН-ЖР-2 /электроды конструкции института имени Е. О. Патонова/. В этом случаи в металле шва содержания никеля будит не менее 31% и метал шва получит аустенитную структуру. Электроды пригодны для сварки во всех пространственных положениях. Широко используется для сварки теплоустойчивых легированных сталей покрытые электроды серией СЛ/СНИИТ маш, легированные стали, например СЛ-14, СЛ-30 и др./ сварку теплоустойчивых легированных сталей покрытыми электродами производят на тех же режимах, что и сварку низколегированных конструкционных. При сварке необходимо полностью проверить корень шва, для чего первый слой выполняют электродам, Ø2-3мм. Большая часть электродов требует сварки на постоянном токе обратной полярности.

Техника сварки теплоустойчивых сталей аналогична технике сварки низкоуглеродных сталей. Многослойную сварку выполняют каскадным способом без охлаждения каждого выполненного слоя шва.

 

Газовая сварка теплоустойчивых легированных сталей иногда даёт более работоспособные сварные изделия, чем дуговая сварка покрытыми электродами. При газовой сварке легированных сталей мощность пламени составляет 100 дм³ ацетилена на 1 мм толщены металла; сварку ведут только нормальным "восстановительным" пламенем. Присадочным металлом служит сварочная проволока марок СВ-0,8 ХМФА, Св-10ХМФТ, Св-10Х5М, Св-18 ХМА и других в зависимости от марки свариваемой стали. В целях предотвращения выгорания легирующих примесей и образования микро трещин в начале кромки детали "пролуживают" тонким слоем расплавленного металла и быстро заполняется форма подготовки жидким металлом.

Присадочный метал должен находится  всё время при сварке в сварочной  ванне; пользоваться капельным приёмам  сварки нельзя во избежания выгорания  легирующих элементов.

Газовая сварка стыкав труб производится с предварительным подогревом всего стыка. Стык по периметру трубы можно нагревать той же горелкой, которой пользуются при выполнении шва. Техника сварки теплоустойчивых легированных сталей аналогична техники сварки низкоуглеродистых сталей.

Термообработка сварного стыка  необходима; её можно заполнять сварочной горелкой, а ещё лучше другой – более мощной в зависимости от диаметра толщины трубы и других условий.

 

 

СВАРКА ТЕРМИЧЕСКИ УПРОЧНЁННЫХ  СТАЛЕЙ

Термической обработкой повышают механические свойства как легированных конструкционных, теплоустойчивых, жаропрочных и других сталей / на пример, IO Г2СI, 09 Г2С, 14 Г2, 15 ХСНД, 12Г2СМФ, 15XГ2СФР, 15Г2CФ, 15Г2АФ, 15ХГСА и др./.

При содержании углерода более 0,12% термоупрочнённые стали в процессе сварки образуют закалочные микро структуры в зоне термического влияния, а также разупрочнение металла, если сварное соединение не подвергаются после сварки термической обработке. Изменения твёрдости сварного соединения термически упрочнённой стали даны на рис. 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 10

На рисунки 10 показаны:

 кривые изменения твёрдости  в сварном соединения термически  упрочненной стали:

М, Ш – металл шва,

1,2,3,4, - участки не полного расплавления,/микроучасток  неоднородности/, закалки, неполной  закалки отпуска/ разупрочнения/.

О. М. – основной метал.

Из рисунка 10 видна, что зона термического влияния при сварки упрочнённой  стали, склонной при сварки к закалки, разделяются на следующие части :

1. неполного расплавления.

/микро участок интенсивной диффузии  и химической неоднородности  части оплавленных зёрен основного металла/.

2. заколки и перегрева с температурами нагрева выше 920 – 950°С.
3. неполной закалки с температурами нагрева от 720 до 920°С.
4. участок разупрочнения с температурами нагрева ниже 720°С.

На участки закалки твёрдость  металлов будет максимальной, на участке не полной закалки твёрдость снижена. Самая низкая твёрдость по сравнения с другими участками, а также с основным металлом будет на участке разупрочнения.

Участок разупрочнения – самое слабое место сварного соединения при работе его на статическую нагрузку.

Ширена участка разупрочнения  влияет на работа способность сварного соединения: она будет тем выше, чем меньше ширена этого участка. Ширена участка разупрочнения зависит  от скорости охлаждения.