Сварка алюминия в среде защитных газов

 

Эксплуатационная свариваемость определяет области и условия допустимого применения металлов в сварных конструкциях и изделиях.

 

На свариваемость стали и сплавов оказывают влияние химические элементы, входящие в их состав, прежде всего углерод и легирующие элементы.

 

 

 

 

Свариваемость стали определенного химического состава характеризует эквивалент углерода, определяемый по формуле:

 

 

где буквы обозначают элементы по таблице Менделеева, содержание в %.

По свариваемости стали углеродистые и легированные делятся на следующие группы.

 

Первая группа — хорошо сваривающиеся, Сэкв не более 0,25. Сварка таких сталей выполняется без предварительного и сопутствующего подогрева, без последующей термической обработки, обычно они не дают трещин при сварке.

 

Вторая группа — стали удовлетворительно сваривающиеся, Сэкс в пределах 0,25...0,35. Сварка таких сталей без трещин возможна в нормальных условиях, когда температура окружающей среды выше 0 °С, отсутствует ветер и т. п.

В других условиях сварка сталей этой группы возможна с предварительным подогревом или с предварительной и последующей термообработкой.

 

Третья группа — стали с ограниченной свариваемостью, Сэкв в пределах 0,35...0,45; стали в обычных условиях сварки склонны в образованию трещин. Сварка таких сталей производится по специальной технологии с предварительной термообработкой и тепловой обработкой после сварки.

 

Четвертая группа — стали с плохой свариваемостью, Сэкв более 0,45. Стали этой группы плохо поддаются сварке и склонные к образованию трещин. Их сварка выполняется с предварительной термообработкой, подогревом в процессе сварки и термообработкой после сварки.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1.5 Выбор и характеристика  свариваемой стали

 
При выборе сварочных материалов необходимо учитывать тот факт, что в процессе сварки мы должны получить равнопрочное основному металлу сварное соединение, эксплуатационные свойства сварного соединения должны быть идентичны свойством основного металла.

 
 Материалы для сварки (электроды, сварочная проволока, флюсы, защитные  газы) должна выбраться в соответствии  с требованиями технологического  процесса изготовления и монтажа  конструкций и выбранных марок  стали.

 
 При этом применяемые сварочные  материалы и технология сварки  должны обеспечивать механические  свойства сварного шва не ниже  свойств, установленных требованиями  для рекомендуемых в настоящем  стандарте выбранных сталей.

 
 Исходя их вышеизложенного  произведем выбор сварочного  проволоки сплошного сечения  для сварки в среде СО2 вертикальных  швов стенки резервуара, а также  возможно применение.

 
 При сварке в углекислом  газе газовая фаза носит резко  окислительный характер. Получение  плотных швов, равнопрочных основному  металлу осуществляется за счет применения проволоки более легированной, чем основной металл.

 
 Для сварки низкоуглеродистых  и низколегированных сталей в  среде СО2 применяют кремнемаргонцовастые  проволоки. Наиболее распространена  легированная сварочная проволока  марки Св-08Г2С. Полуавтоматическую  сварку в среде углекислого  газа осуществляют проволокой  d=0,7… 2,0 мм. Учитывая технические характеристики широко применяемого в настоящее время сварочного оборудования при строительстве резервуаров, а также тот факт, что в случае использования данного способа сварки на открытых площадках при увеличении диаметра сварочной проволоки повышается вероятность, предпочтение отдаем проволоке d=1,2 мм марки Св-08Г2С.

 
 
1.6 Подготовка  кромок под сварку

 
Подготовка кромок металла под сварку делается с целью обеспечения полного провара металла по всей его толщине и получения: доброкачественного сварного соединения.

Различные виды подготовки кромок металла при сварке стыковых швов показаны на фиг. 49. Скос кромок делается для металла толщиной свыше 5 мм. Угол скоса 70—90° выбирают из расчета возможности свободного доступа к вершине шва и ее проварки.

Скос кромок можно производить различными способами. Самым грубым и малопроизводительным из них является срубание кромок ручным или пневматическим зубилом. При этом способе края кромок получаются неровные. Наиболее ровные и чистые кромки получаются при изготовлении их на специальных кромкострогальных или фрезерных станках. Применение кислородной резки, ручной или механизированной, для скоса кромок является самым экономичным. Шлаки и окалина, остающиеся после кислородной резки, должны быть удалены с помощью зубила и стальной щетки.

 

Следует уделять большое внимание чистоте кромок, так как загрязненная поверхность кромок металла приводит к плохому провару и образованию в сварном шве неметаллических включений. Поэтому перед сваркой кромки, а также соседние с каждой кромкой участки на ширину 20—30 мм должны очищаться до металлического блеска от окалины, ржавчины, масла, краски и других загрязнений. Очистка от окалины, краски и масла может осуществляться непосредственно пламенем сварочной горелки. При этом окалина отстает от металла, а масло и краска сгорают. После нагрева пламенем поверхность зачищается стальной щеткой.

 

При сборке деталей под сварку нужно следить за тем, чтобы кромки правильно располагались одна относительно другой, чтобы выдерживались установленные зазоры, не было перекосов и т. д.

 

Для того чтобы в процессе сварки установленные зазоры и положение деталей не изменялись, перед сваркой делают предварительную прихватку деталей, т. е. свариваемые детали соединяют друг с другом в нескольких местах короткими швами. Длину прихваток и расстояние между ними выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и длины шва. При сварке тонкого металла и коротких швах длина прихваток может быть не более 5 мм. При сварке толстого металла и значительных длинах швов длина прихватки может быть 20—30 мм при расстоянии между ними 300—500 мм. Прихватку следует производить на тех же режимах сварки, что и сварку самого шва, тщательно проваривая участок прихватки. В случае сварки деталей значительной толщины прихватка может заполнять разделку примерно на 2/3 ее глубины.

Порядок постановки прихваток имеет важное значение, особенно при сварке длинных швов.

 
 
 
 
 

 

1.7 Сборка деталей  под сварку

 
Для изготовления сварных конструкций требуется правильная сборка деталей свариваемого изделия, т. е. их правильная взаимная установка и закрепление. Сборка может осуществляться прихватками или в специальных сборочно-сварочных приспособлениях. Прихватки представляют собой короткие швы. Количество прихваток и их размер определяются технологическими условиями.

 
   Процесс сборки сварного изделия состоит из последовательных операций. Прежде всего, необходимо подать детали к месту сборки. Затем необходимо установить эти детали в сборочном приспособлении в определенном положении.

Рис.3 Базирование призматической детали по плоскости: 
1, 2, 3 – точки опоры детали на установочные плоскости (поверхности приспособления); 4, 5 – точки опоры детали на направляющей плоскости; 6 – точка опоры детали на опорной плоскости

   

Рис. 4. Базирование цилиндрической детали по призме: 1, 2, 3, 4 – точки опоры на плоскости призмы; 5 – точка фиксирования детали 
   

В этом положении детали должны быть закреплены, после чего их сваривают.

 
   Размещение свариваемых деталей в приспособлении осуществляется по правилам базирования. Базирование – это размещение детали в приспособлении таким образом, чтобы поверхности детали (технологические базы) опирались на установочные поверхности приспособления.

 

 

   Рассмотрим основные схемы базирования деталей наиболее распространенной формы.

 
   Призматическая деталь должна базироваться на три базы в трехмерной системе координат. На установочной плоскости деталь фиксируется в трех точках (рис. 53). На направляющей плоскости деталь фиксируется по двум точкам. На опорной плоскости деталь фиксируется в одной точке. Таким образом, если зафиксировать деталь во всех шести точках, то она будет находиться в строго определенном положении.

 
   Цилиндрические детали обычно базируют по призме. Деталь лишена возможности перемещаться во всех направлениях за исключением вращения вокруг продольной оси. Если зафиксировать цилиндрическую деталь от возможности вращения вокруг продольной оси, то она будет находиться также в строго определенном положении (рис. 54).

 
   Детали с цилиндрическими отверстиями базируются, как правило, по пальцам – фиксаторам приспособления, которые входят в это отверстие. Первой базой определяется установочная плоскость основания детали. Второй базой обычно является плоскость детали, перпендикулярная оси отверстия. Примеры базирования деталей с цилиндрическими отверстиями приведены на рис.  5, 6, 7.

   

Рис. 5 Базирование по двум пальцам. В вынесенных прямоугольниках указано число опорных точек на соответствующей поверхности

   

Рис. 6 Базирование по плоскости и цилиндрическому пальцу

 

   

Рис. 7 Примеры базирования деталей без приспособлений: а: 1 – палец; 2 – плоская деталь; б: 1 – палец; 2 – труба

 
   Установочные элементы – упоры – применяются для обеспечения точности установки деталей сварного узла в сборочных приспособлениях. Конструкция упоров должна обеспечить возможность удобной установки деталей в приспособление и не мешать съему изделия после сварки. Место установки упоров должно быть определено так, чтобы обеспечить доступность сварки. Прочность и жесткость упоров должны предотвращать деформацию изделий в процессе сварки.

 
   Зажимные элементы, к которым относятся прижимы и зажимы, предназначены для закрепления деталей свариваемого изделия в процессе сборки и сварки.

 
   Прижимы и зажимы обеспечивают правильное положение и направление прижимного усилия для закрепления деталей без сдвигов относительно установочных баз.

 
   В процессе сборки и сварки прижимы и зажимы обеспечивают надежность закрепления деталей. Конструкции прижимов и зажимов должны обеспечивать быстродействие и безопасность в работе. Некоторые виды конструкций прижимов приведены на рис. 8, 9, 10.

 
   Переносные сборочные приспособления применяют при сборке сварных узлов в том случае, когда невозможно применить для этих целей типовые приспособления.

 
   К переносным приспособлениям относятся всевозможные струбцины, стяжки, специальные фиксаторы, распорки, домкраты и др. Наиболее часто применяются струбцины, конструкции которых приведены на рис. 11.

 
   Струбцины служат для прижима двух и более деталей друг к другу или для установки и закрепления деталей в определенном положении, поэтому струбцины подразделяются на прижимные (рис.11, а) и установочные (рис. 11, б).

 
   Установочная струбцина состоит из двух винтовых струбцин и гайки с правой резьбой, которая называется талреп. Детали, закрепленные в струбцинах, устанавливают на заданном расстоянии. В опытном или мелкосерийном производстве для изготовления сварных узлов или конструкций применяют сборно-разборные приспособления. Такие приспособления собирают из типовых блоков-плит, которые имеют пазы для установки прижимных устройств. Блоки-плиты собираются в комплект по размерам сварного изделия. Для сварки мелких деталей и узлов применяют сварочные столы с аналогичными пазами для закрепления деталей перед сваркой. При установке свариваемых узлов в удобное для сварки положение вместо сварочных столов применяют манипуляторы.

 
   Манипуляторы позволяют вращать собранный под сварку узел с заданной скоростью при сварке деталей цилиндрической формы, а также изменять угол наклона оси вращения (рис. 8).

Рис. 8 Прижим клиновый

 

Рис. 9. Прижим эксцентриковый: Р – усилие, передаваемое рукой, составляет 10—15 кГс (100—150 Н); Q – усилие прижимное, составляет 10 Р (1,5 кН); F – сила трения; рабочая поверхность эксцентрика от точки 1 до точки 2 в его нижней части

Рис. 10. Прижим пружинный: 1 – головка прижима; 2 – втулка направляющая; 3 – пружина

   

Рис. 11. Струбцина прижимная (а) и установочная (б): 1 – рукоятка; 2 – винт; 3 – гайка; 4 – пята; 5 – корпус; 6 – упор; 7 – талреп; 8 – детали, зафиксированные в заданном положении

   

Рис. 12. Манипулятор: а – положение планшайбы (верхней части) манипулятора для сварки узла в горизонтальном положении; б – положение планшайбы манипулятора для сварки «в лодочку»

 

 

   Для сварки крупногабаритных листовых конструкций применяются различные кондукторы, стенды, кантователи, установки и др. Эти приспособления обеспечивают фиксирование деталей в положении, удобном для выполнения сварки. Некоторые виды кантователей и установок приведены на рис. 13.