close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Gordienko Tehnol konstr mat2 09

код для вставкиСкачать
1
Санкт-Петербург
2009
Учебное пособие
СВАРКА
Часть II
ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ю. В. КНЫШЕВ, Л. И. ЖИГАРЬ, Н. В. ОВЧИННИКОВ
В. Е. ГОРДИЕНКО, Е. Г. ГОРДИЕНКО, С. А. СТЕПАНОВ,
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Федеральное агентство по образованию
ISBN 978-5-9227-0192-1
2
© В. Е. Гордиенко, Е. Г. Гордиенко, С. А. Степанов,
Ю. В. Кнышев, Л. И. Жигарь, Н. В. Овчинников, 2009
© Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2009
Рекомендовано Редакционно-издательским Советом СПбГАСУ в качестве
учебного пособия
Табл. 11. Ил. 35.
Приведены указания по выполнению десяти лабораторных работ. Описаны
структурные превращения в железоуглеродистых сплавах после охлаждения
с различными скоростями и их влияние на свойства, рассмотрены способы определения механических свойств металлов и сплавов. Пособие предназначено для
студентов строительных специальностей.
ISBN 978-5-9227-0192-1
Гордиенко, В. Е.
Технология конструкционных материалов: учеб. пособие: лабораторный практикум / В. Е. Гордиенко, Е. Г. Гордиенко, С. А. Степанов, Ю. В. Кнышев, Л. И. Жигарь,Н. В. Овчинников; СПбГАСУ. – СПб.,
2009. – Ч. II. Сварка. – 90 с.
Рецензенты: д-р техн. наук, профессор И. А. Иванов (ПГУПС);
канд. техн. наук, доцент В.А. Норин (СПбГАСУ)
УДК 621.791.07
3
Целью лабораторных работ является практическое ознакомление
с процессами, технологией и оборудованием, используемыми в основных способах сварки, а также изучение характерных дефектов сварных
швов и методов контроля качества сварных соединений металлических
конструкций и оборудования.
Перед выполнением работ в лаборатории студенты должны ознакомиться с правилами техники безопасности. К выполнению лабораторной работы допускаются только подготовленные студенты, предварительно изучившие теоретический материал по учебнику и настоящему практикуму.
В ходе выполнения лабораторных работ студенты группами
по 4–6 человек под руководством преподавателя или учебного мастера
изучают технику и технологию способов сварки, сварочное оборудование и его технико-экономические возможности; дефекты сварных швов
и методы контроля качества сварных соединений; а также самостоятельно проводят экспериментальные исследования и, по возможности, выполняют сварочные операции.
По окончании лабораторной работы каждый студент индивидуально оформляет отчет о проделанной работе, который должен содержать
исчерпывающие текстовые и графические ответы на поставленные вопросы. Работа считается выполненной после защиты ее у преподавателя.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Металлические стержни электродов изготавливают из сварочной
проволоки диаметром 0,3…12 мм. Длина стержня 250…450 мм. Для сварки сталей ГОСТом предусмотрено 77 марок стальной сварочной проволоки.
Покрытие электрода выполняет следующие функции:
1) защищает расплавленный металл сварочной ванны от вредного
влияния кислорода, азота и водорода. Из паров и газов материалов покрытия над жидким металлом образуется локальная газовая атмосфера,
5
4
Рис. 1.1. Схема процесса ручной дуговой сварки:
1 – основной металл; 2 – сварной шов; 3 – шлаковая корка; 4 – сварочная ванна жидкого металла;
5 – жидкий шлак; 6 – газовая защитная атмосфера; 7 – сварочная дуга; 8 – металлический стержень электрода; 9 – покрытие электрода; 10 – капли расплавленного металла
Для ручной дуговой сварки обычно применяют металлические электроды, состоящие из стержня 8 и покрытия 9 (рис. 1.1). Плавление электрода и свариваемого металла в процессе сварки осуществляется теплотой электрической (сварочной) дуги 7, горящей между электродом и свариваемым металлом 1. Электродный металл в виде капель 10 переходит
в жидкую металлическую (сварочную) ванну 4, которая после удаления
дуги кристаллизуется, образуя сварной шов 2.
Образуемая при сварке сварочная дуга является мощным устойчивым электрическим разрядом в газовой среде. Сварочная дуга состоит
из трех областей: анодной, катодной и столба дуги. При коротком замыкании электрода с деталью происходит разогрев этого участка. С разог-
1. Сущность ручной дуговой сварки
Цель лабораторной работы – изучение сущности процессов, сварочного оборудования, техники и технологии ручной дуговой сварки.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) изучить сущность ручной дуговой сварки, рассмотреть функции
покрытия электрода;
2) изучить сварочное оборудование постоянного и переменного тока;
3) ознакомиться с техникой и технологией ручной дуговой сварки.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – посты для ручной дуговой сварки на постоянном
и переменном токе, однопостовые сварочные трансформаторы, электромеханические преобразователи (генераторы), выпрямители, макеты аппаратов, защитные маски со светофильтрами, керн, молоток, зубило, линейка металлическая, цифровые маркеры, весы, секундомер;
материалы – электроды различных марок диаметром 3…5 мм,
пластины из низкоуглеродистой стали Ст3сп размером 4 25 100 мм;
плакаты – схемы сварочных постов, устройства сварочных аппаратов, типов сварных швов и соединений, техника ручной дуговой сварки;
справочная литература – справочники, ГОСТы.
РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
Лабораторная работа № 1
ретых участков, в основном с катодной области, начинается эмиссия электронов, которые, сталкиваясь с молекулами газов и атомами паров металла, вызывают их ионизацию. В результате этого дуговой промежуток
становится электропроводным и возникает устойчивая сварочная дуга,
температура в которой достигает 6000…12 000 ºС. Тепловой мощности
такой дуги достаточно для плавления металла.
6
Для питания сварочной дуги применяют специальные источники
тока, отвечающие определенным требованиям:
напряжение холостого хода Ux.x должно быть достаточным для
зажигания дуги, но не превышать значений, безопасных для сварщиков;
источники питания должны быть снабжены устройством для регулирования сварочного тока в регламентированных пределах;
источники питания должны иметь заданную внешнюю характеристику, согласованную со статистической вольт-амперной характеристикой дуги.
Внешняя вольт-амперная характеристика источника тока – это зависимость напряжения на его клеммах U от величины сварочного тока I
(рис. 1.2).
По виду внешней характеристики источники тока подразделяются
на источники с крутопадающей, пологопадающей, жесткой и возрастающей характеристиками. Некоторые источники при переключении режима работы могут иметь крутопадающую и жесткую характеристики (уни-
2. Источники питания сварочной дуги постоянным
и переменным током
которая препятствует контакту жидкого металла с воздухом. Одновременно материал покрытия образует жидкий слой шлака, после затвердевания которого остается легкоотслаивающаяся шлаковая корка;
2) легирует, т. е. вводит в металл шва химические элементы (кремний, марганец и др.), чтобы придать ему необходимые свойства (прочность, твердость и т. д.);
3) раскисляет расплавленный металл сварочной ванны, удаляет кислород из жидкого металла. Окислы металлов, остающиеся в металле шва,
снижают его механические свойства;
4) рафинирует расплавленный металл сварочной ванны, т. е. очищает его от серы и фосфора. Повышенное содержание серы и фосфора в
металле шва ухудшает его механические свойства;
5) повышает устойчивость горения сварочной дуги (в покрытии
содержатся элементы, обладающие низким потенциалом ионизации).
Покрытие состоит из порошкообразных материалов, сцементированных
клеящим раствором. В покрытие входят стабилизирующие, шлакообразующие, газообразующие, раскисляющие, легирующие и другие вещества.
Покрытия бывают кислые, основные, рутиловые, целлюлозные и пр.
7
Источники тока с крутопадающей характеристикой используются
при ручной дуговой сварке. Пологопадающую характеристику имеют
источники питания автоматов для сварки под флюсом. Источники с жесткой и возрастающей внешними характеристиками работают совместно
с полуавтоматами для дуговой сварки в защитном газе.
По роду тока источники делятся на две группы: источники переменного тока (сварочные трансформаторы) и источники постоянного тока
(сварочные преобразователи и выпрямители).
Сварочная дуга, являясь потребителем электрической энергии
и преобразователем ее в тепловую, образует с источником тока взаимосвязанную энергетическую систему, работающую в статическом (установившемся) и динамическом (переходном) режимах. Установившийся
режим работы системы сварочная дуга–источник тока определяется точкой пересечения внешней вольт-амперной характеристики дуги и внешней характеристики источника тока. При этом следует помнить, что сварочная дуга, являясь газовым проводником тока, не подчиняется закону Ома.
В лабораторной работе изучаются однопостовые источники переменного и постоянного тока, с крутопадающей характеристикой.
Сварочный трансформатор состоит из трансформаторного пакета
с первичной (сетевой) и вторичной (сварочной) обмотками (рис. 1.3).
Рис. 1.2. Внешние характеристики
сварочных источников тока:
1 – крутопадающая; 2 – пологопадающая;
3 – жесткая; 4 – возрастающая
Ux.x
версальные источники тока). В зависимости от количества постов они
могут быть однопостовыми и многопостовыми.
U 2 x.x I 2 X 2 ,
(1.1)
I
8
2
U x.x
U d2
.
X
(1.2)
Крутопадающая внешняя характеристика трансформатора с увеличенным магнитным расстоянием создается за счет падения напряжения
на индуктивном сопротивлении. Так, с возрастанием тока в сварочной
цепи произведение I 2 X 2 увеличивается (см. формулу (1)), а подкоренное выражение уменьшается – напряжение дуги снижается.
Величина сварочного тока определяется из выражения (1.1):
Рис. 1.3. Схема сварочного трансформатора с увеличенным
магнитным рассеянием:
W1, W2 – число витков в первичной и вторичной
обмотках трансформатора
где Ud – напряжение дуги; Ux.x– напряжение холостого хода во вторичной
обмотке; I – сварочный ток; X – индуктивное сопротивление.
U2 Ud
В конструкции трансформатора предусмотрено перемещение одной
из обмоток относительно другой.
Напряжение дуги принимают равным напряжению на клеммах вторичной обмотки трансформатора:
ZW22 V ,
RP
(1.3)
9
где – угловая частота тока; = 2
– частота тока); W2 – число витков во вторичной обмотке; – коэффициент магнитного рассеяния; RP –
эквивалент магнитного сопротивления потоку рассеяния.
Если учесть, что угловая частота постоянна, а эквивалент меняется
незначительно, то становится ясно, что индуктивное сопротивление зависит от числа витков во вторичной обмотке трансформатора и коэффициента магнитного рассеяния. Последний находится в прямой зависимости от расстояния между первичной и вторичной обмотками. Таким образом, плавное регулирование сварочного тока в этом типе трансформаторов осуществляется за счет сближения или удаления обмоток трансформатора. Ступенчатую регулировку тока производят переключением
числа витков во вторичной обмотке трансформатора.
Сварочный преобразователь состоит из двигателя переменного трехфазного тока и генератора постоянного тока (рис. 1.4). Крутопадающая
внешняя характеристика сварочного преобразователя обеспечивается за
счет взаимодействия магнитных потоков обмоток независимого и последовательного возбуждения генератора. Названные обмотки включены
таким образом, что создаваемые ими магнитные потоки направлены
встречно. Поэтому напряжение дуги (на клеммах генератора) будет изменяться в зависимости от алгебраической суммы магнитных потоков
независимого Фн и последовательного возбуждения Фс. В результате
при увеличении тока магнитный поток Фс возрастает, а разность
Фн – Фс уменьшается, напряжение на клеммах падает. Регулирование
сварочного тока в преобразователе производится за счет изменения соотношения магнитных потоков Фн и Фс, определяемых током и числом
витков в обмотке возбуждения. Обычно плавная регулировка осуществляется изменением тока в цепи независимого возбуждения с помощью
реостата R. Ступенчатое регулирование выполняется изменением числа
витков в последовательной обмотке возбуждения.
Сварочный выпрямитель состоит из понижающего трансформатора тока 1, дросселя 2, обеспечивающего необходимые динамические
X
Регулирование сварочного тока осуществляется за счет изменения
индуктивного сопротивления, значение которого зависит от электрических и геометрических параметров трансформатора:
Ud
3
(U x.x 2 3I 2 X 2 ) ,
4
(1.4)
10
Здесь, как и в формуле (1.1), с увеличением сварочного тока подкоренное выражение уменьшается, напряжение дуги падает. Плавное регулирование сварочного тока осуществляется за счет изменения расстояния между первичными и вторичными обмотками трехфазного трансформатора. Ступенчатая регулировка тока обычно выполняется путем
переключения первичных обмоток трансформатора с «треугольника»
на «звезду».
Определение внешней характеристики однопостового сварочного
преобразователя, трансформатора или выпрямителя студенты выполняют под руководством учебного мастера. В частности, при работе с преобразователем ПСО-300 для фиксированного тока в обмотке независимого возбуждения I последовательно устанавливают четыре режима работы:
Рис. 1.4. Схема сварочного преобразователя постоянного тока:
Д – трехфазный двигатель; Г – генератор постоянного тока;
В – выпрямитель; R – регулировочный реостат
где Uxx – напряжение холостого хода выпрямителя; остальные обозначения аналогичны приведенным в формуле (1.1).
U2
характеристики источнику, и блока полупроводниковых вентилей 3 (рис. 1.5).
Наиболее распространены кремниевые вентили. Внешняя характеристика выпрямителя определяется зависимостью:
2
3
11
Для каждого режима студенты по вольтметру и амперметру определяют напряжение на клеммах источника тока U и тока в сварочной
цепи I. Полученные данные заносят в таблицу и строят графическую зависимость U = (I). Для оценки возможности плавного регулирования режима сварки опыт повторяют для другого значения тока в обмотке независимого возбуждения, устанавливаемого с помощью реостата в цепи
независимого возбуждения.
После освоения методики определения внешней характеристики
сварочного преобразователя студенты самостоятельно проводят опыты
по определению внешних характеристик сварочного трансформатора и
выпрямителя. При этом необходимо указать марку аппарата, выписать
его основные технические данные и указать способ регулирования режима сварки (табл. 1.1).
Рис. 1.5. Схема сварочного выпрямителя:
1 – трансформатор трехфазного тока; 2 – дроссель; 3 – блок вентилей
1
холостой ход (электрическая цепь разомкнута);
короткое замыкание (режим устанавливается при касании электрода свариваемого изделия);
сварка короткой дугой;
сварка длинной дугой.
I, A
U, В
I, A
U, В
Измеряемый
параметр
Содержание отчета
Режим работы источника
Сварка Сварка
ХолоКороткое
короткой длинной
стой
замыкание
дугой
дугой
ход
12
1. Цель и задачи работы.
2. Схема и сущность процесса ручной дуговой сварки.
3. Принципиальные схемы постов ручной дуговой сварки на постоянном и переменном токе. Методика и результаты экспериментального
определения внешних характеристик сварочных аппаратов.
4. Выводы по работе.
2
1
Номер
опыта
Таблица 1.1
13
Процесс автоматической дуговой сварки под флюсом имеет следующие особенности:
1) в качестве электрода используется голая сварочная проволока,
поступающая в зону горения дуги с определенной скоростью V0
(рис. 2.1);
2) подвод тока к электроду 1 осуществляется через скользящий контакт 2 на расстоянии 30...50 мм от дуги, что позволяет применять при
сварке большую силу тока (до 2000 А) без опасности перегрева электрода джоулевой теплотой. Благодаря такому решению производительность
1. Особенности процесса дуговой сварки под флюсом
Цель лабораторной работы – изучение возможностей автоматической дуговой сварки и влияния автоматизации на качество и производительность процессов сварки.
В лабораторной работе необходимо:
1) изучить особенности процессов автоматической дуговой сварки;
2) изучить схему, конструкцию и принцип действия автоматической сварочной головки, сварочного трансформатора;
3) исследовать влияние силы сварочного тока и скорости сварки на
форму и геометрические размеры сварного шва.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – автоматы для дуговой сварки АДС-500,
АДС-1000, приборы для контроля режима сварки, штангенциркуль, секундомер, металлическая линейка, керн, молоток, зубило, тиски, цифровые маркеры, металлическая щетка;
материалы – электродная проволока Св-08А диаметром 0,8...1,6 мм,
пластины из низкоуглеродистой стали толщиной 8...16 мм, флюсы,
ОСЦ-45, АН-348А, баллон с газом СО2;
плакаты – схемы сварочных аппаратов, таблицы;
справочная литература – выписки из технических описаний
и инструкций, справочники, ГОСТы.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА
Лабораторная работа № 2
3
9
8
7
h
B
C
= 0,8...4;
пр
= 7...12.
в
в
= В/С. Опти-
В сварочных головках (основной элемент автомата) этого типа для
поддержания постоянства длины дуги используется взаимосвязь между
длиной дуги L, напряжением дуги U и скоростью подачи электродной
проволоки Vэ. Поскольку U ~ L, регулирование постоянства напряжения
дуги эквивалентно регулированию постоянства длины, так как U = const,
если L = const. По этой причине в сварочной головке в качестве регулируемой величины используется напряжение дуги, а регулирующей величиной является скорость подачи электродной проволоки. При этом способе регулирования временное нарушение постоянства длины дуги,
а следовательно, и напряжения автоматически устраняется установкой
соответствующей скорости подачи электродной проволоки.
Современные автоматы поддерживают заданное напряжение дуги
с точностью ±0,5 В, что соответствует точности поддержания длины дуги
±0,2...0,3 мм.
15
14
Автоматическая сварочная головка
с принудительным регулированием длины дуги
Процесс дуговой сварки включает следующие основные операции:
1) зажигание сварочной дуги;
2) подачу электрода в зону сварки по мере его плавления и поддержание устойчивого горения дуги и постоянства ее длины;
3) перемещение дуги вдоль свариваемого изделия;
4) прекращение горения дуги по окончании сварки.
Наиболее сложным является автоматическое поддержание постоянства заданной длины дуги, которое определяет устойчивость процесса
и постоянство режима сварки. В автоматах дуговой сварки используются два принципа поддержания постоянства длины сварочной дуги:
автоматическое принудительное регулирование длины дуги;
саморегулирование длины дуги при постоянной независимой скорости подачи электродной проволоки.
2. Устройство, принцип действия и технологические
возможности автоматов для дуговой сварки под флюсом
= B/Н
пр
мальное значение коэффициентов:
3) сварочная ванна 3 и электрическая дуга 4 находятся под слоем
расплавленного флюса 5, который выполняет те же функции, что и покрытие штучных электродов, но обеспечивает лучшую металлургическую обработку расплавленного металла, более медленное охлаждение
шва, предотвращает разбрызгивание и угар расплавленного металла.
В результате качество сварных швов, выполненных автоматической дуговой сваркой, выше, а потери электродного металла меньше, чем при
ручной дуговой сварке;
4) параметры режима сварки поддерживаются автоматически
с высокой степенью точности. В частности, благодаря поддержанию постоянства длины дуги, механизированной подаче проволоки и ее перемещению вдоль изделия улучшается форма и поверхность шва, обеспечивается постоянство его размеров по всей длине. Форма сварных швов
характеризуется следующими параметрами: глубиной проплавления H,
выпуклостью шва С, шириной В, коэффициентом формы проплавления
Рис. 2.1. Схема процесса автоматической дуговой сварки под флюсом:
1 – сварочная проволока; 2 – скользящий контакт; 3 – сварочная ванна; 4 – электрическая дуга; 5 – жидкий шлак; 6 – флюс; 7 – корка шлака; 8 – металл шва;
9 – изделие
4
V
Vэ
6
5
1
2
процесса сварки в 5...20 раз больше, чем при ручной дуговой сварке. Увеличение силы тока позволяет сваривать металл большой толщины
(до 20 мм) за один проход без разделки кромок;
U
UГ
W1 Ф1
W2
В
Ф2
17
3
2
P
Г
16
7
6
4
1
Рис. 2.2. Схема автоматической сварочной головки:
1 – сварочная проволока; 2 – скользящий контакт; 3 – ведущий ролик; 4 – прижимной ролик; 5 – кассета с проволокой; 6 – флюс; 7 – изделие; В – выпрямитель; Р – редуктор; А – электродвигатель постоянного тока; Г – генератор;
ИТ – источник тока
VЭ
Д
R
Автоматическая сварочная головка с независимой (постоянной)
скоростью подачи электродной проволоки
Результирующий магнитный поток Фр = Ф2 – Ф1 определяет величину напряжения Ur и полярность на клеммах генератора Г, а следовательно, частоту и направление вращения вала двигателя Д. Например,
при укорочении дуги напряжение дуги U станет меньше своего номинального значения U0. Вследствие этого уменьшаются магнитный поток
Фг, Фр и Ur. Падение напряжения на якоре двигателя головки Д уменьшит
частоту его вращения, подача электродной проволоки замедлится, длина
дуги восстановится. Следовательно, все изменения длины дуги отражаются на режиме работы генератора Г и двигателя Д таким образом, что
скорость подачи электродной проволоки V0 оказывается равной скорости ее плавления Vпл. Автоматические головки этого типа появились раньше других и используются в сварочных автоматах типа АДС-1000,
АДФ-1201, АДФ-1001 и др. Вследствие сложности электрической схемы и затруднений в эксплуатации автоматы с принудительным регулированием длины дуги целесообразно использовать при небольших плотностях тока 15...25 А/мм2, дающих скорость плавления электродной проволоки 0,5...1 м/мин.
Устройство сварочных головок этого типа основано на использовании явления саморегулирования длины дуги. Для обеспечения хорошей
динамики восстановления номинального значения длины дуги (режима сварки) в головках применяют повышенную плотность тока (более 25 А/мм2)
и источники питания дуги с пологопадающей внешней характеристикой.
Для хорошего понимания сущности явления саморегулирования длины
дуги необходимо в системе координат напряжение–ток изобразить пологопадающую внешнюю характеристику источника тока и три вольт-амперные статические характеристики дуги, соответствующие трем разным длинам дуг: L1, L2, L3, причем L3 < L1 < L2. Точки пересечения характеристик отражают соответствующие режимы сварки. Для номинального режима сварки, устанавливаемого для получения сварного шва заданной формы и размеров, L = L1, U = U1, I = I1.
В рассмотренном случае система обратной связи для регулирования скорости подачи электродной проволоки не нужна, поэтому электрическая схема и конструкция сварочной головки намного упрощаются –
становятся более компактными и надежными. Головки с постоянной не-
5
Схема автоматической сварочной головки с принудительным регулированием длины дуги представлена на рис. 2.2. Головка работает следующим образом. Двигатель подачи электродной проволоки Д через понижающий редуктор Р вращает подающий ролик 3. Электродная проволока
1 прижимается к ролику 3 другим роликом 4 и за счет сил трения подается
из кассеты 5 в зону горения дуги через токоподводящий медный мундштук. Под слоем флюса 6 электрод касается изделия 7, возбуждается дуга и
начинается процесс сварки. Сварочная головка имеет систему обратной
связи, корректирующую скорость подачи электродной проволоки Vэ в зависимости от напряжения дуги U. Действительно, согласно представленной схеме двигатель подачи электродной проволоки Д питается постоянным током от специального генератора Г, имеющего две встречно включенные обмотки возбуждения W1 и W2. Обмотка W1 питается от постороннего независимого источника постоянного тока. Ток в этой обмотке и создаваемый им магнитный поток Ф1 устанавливаются с помощью реостата R.
Обмотка W2 через селеновый выпрямитель В питается от зажимов сварочной дуги и создает магнитный поток Ф2 противоположный по направлению магнитному потоку Ф1 обмотки независимого возбуждения W1.
18
зависимой скоростью подачи электродной проволоки используются
в сварочных автоматах типа АДФ-1002 (TC-I7 М), АДГ-300 и др.
Автоматическая сварочная головка является основным элементом
механизированных систем сварки (полуавтомата и автомата). В полуавтоматах механизирована только подача проволоки в зону горения дуги,
перемещение дуги вдоль изделия осуществляется вручную. При автоматической – механизированы оба движения: подача проволоки и перемещение дуги вдоль изделия. Механизированные системы сварки, кроме
сварочной головки, включают источники тока, блоки управления и другие элементы в зависимости от назначения системы.
Сварочный автомат для сварки под флюсом состоит из следующих
основных элементов (рис. 2.3). Сварочная головка 1 перемещается посредством специальной системы движения (в частности, самоходной тележки), называемой кареткой 2, которая может либо иметь отдельный
электропривод, как у автомата типа АДФ-1201, либо использовать двигатель подачи проволоки с отбором мощности на движение каретки, как
у автомата типа АДФ-1001. Самоходная каретка с навешенной автоматической головкой получила название «сварочный трактор».
Для удобства работы на сварочном тракторе укрепляют пульт управления 3, электрически связанный со шкафом или блоком управления
4. Шкаф управления является главным организующим центром автомата. Он обеспечивает определенную последовательность выполнения технологических команд: включение источника 6, возбуждение дуги, выход
на рабочий режим сварки, начало и окончание движения трактора, заварку кратера и выключение источника тока. Флюс в зону сварки подают
из бункера 7.
Следующим этапом в изучении устройства аппаратов является ознакомление с натурными образцами автоматов АДС-500 и АДС-1000,
их техническими характеристиками, правилами подключения и технической безопасности при работе на них.
Настройка аппарата типа АДС-500 на заданный режим работы выполняется под руководством учебного мастера в следующей последовательности.
Подготовка автомата к сварке. Студенты под руководством учебного мастера настраивают движение автомата вдоль шва на холостом ходу
таким образом, чтобы проволока по всей длине намеченного пути наплавки не имела смещений от ее направления. Устанавливают токоподвод в начале шва.
7
1
5
2
3
4
19
Нажатием кнопок «вниз» или «вверх» осуществляют подачу электродной проволоки в то место основного металла, где должен начинаться
сварной шов. После чего включают тумблер «сварка» и открывают бункер с флюсом.
Установка напряжения и тока сварки. На аппаратах типа АДС-500
предусмотрено принудительное (автоматическое) регулирование длины
дуги, поэтому напряжение на дуге задается и автоматически поддерживается постоянным и таким по величине, что скорость подачи проволоки
равна скорости ее плавления. В установке предусмотрено ступенчатое
изменение напряжения дуги и плавное – в пределах каждой ступени.
Заданное значение сварочного тока настраивают изменением крутизны
внешней характеристики источника тока.
Установка требуемой скорости сварки. В автомате АДС-500 необходимую скорость сварки устанавливают изменением числа оборотов
двигателя постоянного тока привода самоходной каретки.
Для этих целей используют потенциометр-регулятор, вынесенный
на пульт управления. После установления требуемой скорости сварки на
холостом ходу необходимо экспериментально проверить ее величину
путем замера времени прохождения автоматом пути 0,5 м.
Установка вылета электрода, высоты слоя флюса. Вылет электрода в автомате АДС-500 устанавливают с помощью специального механизма для перемещения мундштука токоподвода.
Рис. 2.3. Блок-схема сварочного автомата:
1 – сварочная головка; 2 – каретка; 3 – пульт управления; 4 – шкаф управления;
5 – изделие; 6 – источник питания; 7 – бункер с флюсом
6
20
Для получения качественного сварного шва заданных размеров и
формы необходимо правильно выбрать свариваемый металл, флюс, электродную проволоку, надлежащую разделку кромок и рациональный режим сварки.
Режим автоматической дуговой сварки под флюсом определяется
совокупностью параметров (сила сварочного тока, напряжение дуги, скорость сварки, диаметр электродной проволоки, скорость подачи электродной проволоки, вылет электрода, угол наклона электрода).
Применяемая для расчета параметров режима автоматической сварки методика базируется на существующей взаимосвязи между геометрическими размерами сварного шва и параметрами режима.
При выполнении данного раздела работы студенты экспериментально устанавливают характер влияния силы сварочного тока и скорости сварки на размеры сварного шва, а также определяют коэффициент
наплавки и удельный расход флюса.
Рекомендуемая последовательность изучения:
1) под руководством учебного мастера на автомате АДС-500 осуществить наплавку трех валиков на две составные пластины, изменяя
последовательно значения сварочного тока I при неизменной скорости
сварки V;
2) повторить опыт по наплавке трех валиков на пластины, изменяя
при этом скорость сварки V и сохраняя неизменной силу сварочного
тока I;
3. Исследование влияния силы сварочного тока
и скорости сварки на форму и геометрические
размеры сварного шва
Сварка. Нажатием кнопки «пуск» и включением сцепления каретки
через 2…3 с осуществляют начало сварки. Под флюсом возбуждается дуга
и производится выполнение сварного шва на установленном режиме.
При использовании автомата для сварки в защитном газе возбуждение дуги
и выполнение сварного шва осуществляется в защитном газе СО2.
Окончание сварки. Остановку каретки автомата осуществляют выключением рычага сцепления. Через 3…4 с нажатием кнопки «стоп»
до 1/2 ее посадки производят растяжку и обрыв дуги. Окончательно процесс останавливают нажатием кнопки «стоп» до конца ее посадки после
обрыва дуги.
1
2
3
1
2
3
V, м/ч
h, мм
В, мм С, мм
\пр
\в
21
1. Цель и задачи работы.
2. Схема и особенности процесса автоматической дуговой сварки.
3. Схема сварочных головок с приведением графика, иллюстрирующего сущность принципа саморегулирования длины дуги.
4. Цель, методика и результаты исследования влияния параметров
режима сварки на форму и размеры шва.
5. Выводы по работе.
Содержание отчета
6) по полученным данным построить графики зависимостей:
h = f(I); В = f(I); С = f(I);
= f(I); в = f(I);
h = f(V); В = f(V); С = f(V); пр = f(V); в = f(V),
сопоставить характер их изменения с данными справочной литературы
и дать объяснение полученным закономерностям.
2
1
Номера Номер
пары валика I, A
пластин
Таблица 2.1
3) после охлаждения составные пластины разрушить по линии
разъема и произвести измерения геометрических размеров шва: глубину
проплавления H, ширину шва В и выпуклость C;
= В/H и коэфпр
фициент формы валика в = В/С;
5) данные измерений и вычислений занести в табл. 2.1
22
При сварке в защитном газе электрод, дуга и сварочная ванна защищены от воздействия окружающего воздуха струей защитного газа.
В качестве защитных газов применяют инертные газы (аргон, гелий) и
активные газы (углекислый газ, азот, водород и др.). Для этих целей используют иногда смеси двух газов и более. Наибольшее применение нашли аргон и углекислый газ.
1. Сущность и особенности способов дуговой сварки
в защитных газах
Цель лабораторной работы – изучение особенностей способов дуговой сварки в защитных газах, сварочного оборудования и техники выполнения сварки.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) ознакомиться с сущностью и особенностями способов дуговой
сварки в защитных газах;
2) изучить устройство, принципы работы и технологические возможности постов ручной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом и механизированной сварки в углекислом газе;
3) получить практическое представление о технических возможностях дуговой сварки в аргоне и углекислом газе.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – установка аргонодуговой сварки УДГ-1220, полуавтомат для сварки в углекислом газе ПДГ-120, секундомер, линейка
металлическая, керн, молоток, зубило, маркеры, металлическая щетка;
материалы – сварочная проволока марок Св-08А и Св-08Г2С диаметром 0,8…1,6 мм, пластины из стали и алюминиевых сплавов;
плакаты – схемы процесса и постов дуговой сварки в защитных
газах;
справочная литература – выписки из технических описаний
и инструкций, справочники, ГОСТы.
ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ
Лабораторная работа № 3
1
6
5
4
Газ
23
Однако при обратной полярности под воздействием дуги с поверхности свариваемого металла удаляются оксиды. Это свойство дуги используют при сварке алюминия, магния и их сплавов, применяя для питания дуги переменный ток.
При сварке неплавящимся электродом на переменном токе сочетаются преимущества дуги на прямой и обратной полярностях. Для повышения эффективности и устойчивости процессов питание дуги переменным током осуществляют от специальных источников тока. Сварку
в аргоне плавящимся электродом выполняют на автоматах или в виде
механизированного варианта. Нормальное протекание процессов и хорошее формирование шва достигается при высоких плотностях тока
(100 А/мм2 и более), при которых перенос расплавленного металла с электрода становится мелкокапельным или струйным, обеспечивается глубокое проплавление основного металла, формирование плотного шва
Рис. 3.1. Схема процесса дуговой сварки в инертных газах:
1 – электрод; 2 – присадочная проволока; 3 – изделие; 4 – сварной шов;
5 – дуга; 6 – поток защитного газа; 7 – горелка
3
2
7
Аргонодуговая сварка. Сварку осуществляют неплавящимися и плавящимися электродами. Сварку неплавящимися (вольфрамовыми) электродами ведут на постоянном токе прямой полярности (рис. 3.1). В этом
случае дуга легко зажигается и горит устойчиво при напряжении 12…18 В.
При обратной полярности возрастает напряжение дуги, уменьшается
устойчивость ее горения и снижается стойкость электрода.
24
Изучению в лаборатории подлежат установка для аргонодуговой
сварки УДГ-301 и полуавтомат для сварки в углекислом газе ПДГ-305
или подобный ему. Упрощенная схема установки для ручной аргонодуговой сварки переменным током представлена на рис. 3.2. Она состоит
из источника питания дуги 1 (трансформатора), осциллятора 2, балластного реостата 3, баллона с защитным газом 4, газоэлектрической горелки 5, редуктора и контрольных приборов (амперметра, вольтметра, расходомера газа).
2. Устройство, принцип работы и технологические
возможности постов ручной аргонодуговой
и механизированной сварки в СО2
с ровной и чистой поверхностью и разбрызгивание в допустимых пределах. Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности. В данном случае дуга горит устойчиво, так как ее электрические свойства
в значительной мере определяются наличием ионизированных атомов
металла электрода в столбе дуги.
Дуговая сварка в углекислом газе. Сварку в углекислом газе выполняют только плавящимся электродом на повышенных плотностях постоянного тока обратной полярности. Такой режим обусловлен теми же особенностями переноса электродного металла и формирования шва, которые свойственны сварке плавящимся электродом в аргоне.
При использовании СО2 в качестве защитного газа необходимо учитывать металлургические особенности процесса сварки, связанные
с окислительным действием СО2.
При высоких температурах сварочной дуги углекислый газ диссоциирует на СО и атомарный кислород О, который окисляет свариваемый
металл и легирующие элементы. Окислительное действие кислорода
нейтрализуется введением в проволоку дополнительного количества раскислителей марганца и кремния. Они восстанавливают железо из закиси
FeO, а образующиеся окислы SiO2 и MnO всплывают на поверхность
сварочной ванны и переходят в шлак. Поэтому для сварки в СО2 углеродистых и низколегированных сталей применяют сварочную проволоку
с повышенным содержанием этих элементов (Св-10ГС, Св-08Г2С).
Сварка в углекислом газе в ряде случаев рентабельнее ручной дуговой и некоторых видов сварки под флюсом. Она обладает высокой производительностью, большой проплавляющей способностью, малой токсичностью и низкой себестоимостью.
1
2
3
6
25
Источник питания с повышенным напряжением холостого хода
в сочетании с осциллятором необходим для легкого и быстрого возбуждения дуги и ее устойчивого горения, так как потенциал возбуждения
и ионизация инертных газов значительно выше, чем у азота, кислорода
и паров металла.
Сварочный полуавтомат для сварки в СО2 (рис. 3.3) состоит из сварочной горелки 1, подающего механизма 2, обеспечивающего поступление проволоки в сварочную горелку по гибкому шлангу, блока управления процессом сварки 3, который имеет электрическую связь со всеми
элементами полуавтомата.
Сварочная горелка представляет собой ручной инструмент, обеспечивающий направленную подачу проволоки, токоподвод к ней и газовую защиту зоны горения дуги. Защитный газ поступает в горелку
из баллона 4, проходя последовательно через подогреватель 5, редукторрасходомер 6 и отсекающий клапан 7. На сварочной горелке предусмотрена клавиша управления 8 для подачи сигналов в блок управления
о начале и окончании сварки. Остальные технологические команды выдает блок управления (продувка шланга газом, включение источника тока 9,
подача проволоки и сварка, выключение тока и после некоторой выдержки – прекращение и подача газа).
Рис. 3.2. Упрощенная схема ручной аргонодуговой сварки переменным током:
1 – источник питания; 2 – осциллятор; 3 – реостат; 4 – баллон с аргоном;
5 – газоэлектрическая горелка; 6 – изделие
4
5
8
9
7
6
5
СО2
4
3
26
В процессе ознакомления в лаборатории со схемами и натурными
образцами сварочного оборудования необходимо уделить внимание назначению и устройству следующих элементов и узлов:
а) в аргонодуговой установке УДГ-301:
источнику питания и осциллятору;
горелкам, баллонам для аргона, запорной и регулирующей арматуре и контрольно-измерительным приборам;
б) в полуавтомате ПДГ-305:
источнику питания и механизму подачи сварочной проволоки;
горелкам, баллонам для углекислого газа, осушителям, запорной
и другой арматуре, контрольно-измерительным приборам.
Необходимо также выписать технические характеристики и энергетические показатели установки УДГ-301 и полуавтомата ПДГ-305, ознакомиться с правилами их подключения и безопасной работы на них.
Рис. 3.3. Упрощенная схема сварочного полуавтомата в среде СО2:
1 – сварочная горелка; 2 – подающий механизм; 3 – блок управления;
4 – баллон с СО2; 5 – подогреватель; 6 – редуктор-расходомер;
7 – газоэлектрический клапан; 8 – клавиша управления; 9 – источник
питания; 10 – изделие
1
10
2
27
Сварку в углекислом газе производят почти во всех пространственных положениях. Листовой металл из углеродистых и низкоуглеродистых сталей толщиной 0,6…1,0 мм сваривают с отбортовкой кромок. Листы толщиной 1,0…8,0 мм сваривают без разделки кромок, но с зазором
Механизированная дуговая сварка в углекислом газе
Аргонодуговой сваркой выполняют швы стыковых, тавровых и угловых соединений. Сварку неплавящимся электродом применяют, как
правило, при толщине металла 0,5…6 мм. При толщине листов до 2,5 мм
рекомендуется сварку производить с отбортовкой кромок. При зазоре
0,1…0,5 мм можно сваривать тонколистовой металл толщиной 0,5…4 мм
без отбортовки и разделки кромок. Листы толщиной 4…12 мм сваривают встык с V-образной разделкой кромок при угле разделки 50…70°.
Допустимый зазор в стыке составляет не более 1,0 мм.
Демонстрация аргонодуговой сварки производится учебным мастером на примере сварки алюминиевого сплава в следующей последовательности:
подготовка пластин к сварке (записать марку сплава и операции
подготовки);
выбор режима сварки совместно со студентами по таблицам, представленным в лаборатории;
настройка установки на заданный режим сварки;
сварка пластин в нижнем положении.
Во время демонстрации процесса сварки необходимо наблюдать за
формированием металла шва, движениями горелки и присадочного прутка, записать режим сварки (диаметр электрода, диаметр выходного отверстия сопла горелки, силу тока, напряжения, расход газа), время горения дуги. После сварки следует визуально оценить качество сварного
соединения.
Ручная аргонодуговая сварка
Изучение техники выполнения сварки различных швов на установке УДГ-301 и полуавтомате ПДГ-305 производится под руководством
учебного мастера.
3. Техника и режимы дуговой сварки в защитных газах
28
1. Цель и задачи работы.
2. Схемы и особенности процесса дуговой сварки в инертных
и активных защитных газах.
3. Принципиальные схемы установки для сварки в среде аргона
и полуавтомата для сварки в среде углекислого газа.
4. Результаты наблюдений техники выполнения дуговой сварки
в аргоне и углекислом газе.
5. Выводы по работе.
Содержание отчета
до 1,0 мм. При толщине металла более 8,0 мм требуется V-образная разделка кромок.
Изучение техники выполнения дуговой сварки производится путем демонстрации учебным мастером процесса сварки. Учебный мастер
осуществляет:
подбор совместно со студентами режима сварки для стали Ст3сп
по таблицам;
наплавку валика в нижнем положении на пластину 10 50 150
проволокой СВ-08А диаметром 1,6…2,0 мм;
наплавку валика в нижнем положении на пластину 10 50 150
проволокой СВ-08Г2С диаметром 1,6…2,0 мм.
Во время демонстрации процесса сварки необходимо наблюдать
за формированием металла шва и движениями сварочного держателя,
записать режим сварки (силу тока, напряжение, время горения дуги, скорость подачи электродной проволоки); объяснить причину образования
пор при сварке проволокой марки СВ-08А; отметить отличия в процессе
формирования металла шва в различных пространственных положениях.
29
Контактная сварка – сварка с применением давления, при которой
используется тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при
прохождении электрического тока.
Контактная сварка является основным видом сварки термомеханического класса.
Нагрев заготовок используют для облегчения пластических деформаций и разрушения поверхностных окисных пленок.
Количество теплоты (Дж), выделяемое при прохождении тока определяется в соответствии с законом Джоуля–Ленца:
1. Сущность процесса контактной сварки
Цель лабораторной работы – ознакомление с сущностью процессов, способами, оборудованием и технологическими возможностями контактной электрической сварки.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) изучить сущность процессов, достоинства и недостатки контактной сварки;
2) изучить способы контактной сварки и рациональные области их
применения;
3) ознакомиться с устройством и работой контактной точечной
машины, стыковой машины и сварочных клещей;
4) освоить методику выбора параметров режима различных способов контактной сварки.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – машины точечной контактной сварки МТ-602
и АТП-25, стыковая сварочная машина МСС-901, сварочные клещи, секундомер, штангенциркуль;
материалы – стержни из низкоуглеродистой стали диаметром 4...6 мм
и заготовки из листовой стали толщиной 0,6...1,2 мм;
плакаты – схемы и описания сварочного оборудования;
справочная литература – справочники, ГОСТы.
КОНТАКТНАЯ СВАРКА
Лабораторная работа № 4
t
0
2
³ I Rdt ,
(4.1)
2 Rэ.д 2Rд Rк ,
(4.2)
L1
L2
Rк
Тр
Р
tсв
I
P
t
I
P
tсв
I
P
t
Рис. 4.2. Циклограммы контактной стыковой сварки:
а – сопротивлением; б – оплавлением
31
P
30
I
б
Режим стыковой сварки сопротивлением определяют следующие
основные параметры:
а
Такой способ применяют при сварке деталей из низкоуглеродистой
стали и цветных металлов со сплошным сечением не более 500 мм2 для
сталей и не более 200 мм2 для алюминия и меди. Стыковая сварка сопротивлением для получения качественного соединения требует точной подготовки, высокой чистоты свариваемых поверхностей и контроля температуры нагрева. Применяется она ограниченно.
Рис. 4.1. Принципиальная схема контактной
стыковой сварки
Р
Rд
Стыковая сварка – это контактная сварка, при которой соединение
свариваемых частей происходит по всей поверхности стыкуемых торцов
(рис. 4.1).
Различают стыковую сварку сопротивлением и оплавлением. При
стыковой сварке сопротивлением вначале приводят в соприкосновение
торцы свариваемых деталей с приложением небольшого давления и после этого включают электрический ток.
Давление в процессе нагрева остается практически без изменения;
к концу нагрева его повышают для создания необходимой пластической
деформации и сварки (рис. 4.2, а). Нагрев стыка осуществляется обычно
до пластичного состояния металла.
2. Стыковая контактная сварка
где RЭ.Д сопротивление контакта между электродом и деталью; Rд – сопротивление основного металла (детали) при его длине L; RК – сопротивление контакта между соединяемыми деталями.
Контактное сопротивление Rк является наибольшим, что объясняется двумя причинами: наличием микронеровностей на свариваемых
поверхностях и окисных пленок. Вследствие этого в данной зоне металл
нагревается быстрее до пластического или расплавленного состояния.
При контактной сварке общее сопротивление участка цепи R обычно не превышает 0,005…0,1 Ом. По этой причине большие токи (десятки тысяч ампер) можно получить при напряжении 1…20 В.
Во избежание дополнительных потерь и снижения производительности время протекания тока исчисляется секундами или долями секунды.
Основными видами контактной сварки являются стыковая, точечная и шовная.
R
где t – время действия тока, с; I – сварочный ток, А; R – сопротивление
участка цепи, Ом.
Сопротивление участка цепи при контактной сварке в соответствии
с рис. 4.1 можно определить по формуле
Q
32
Точечная сварка – это контактная сварка, при которой сварное соединение получается между торцами электродов, подводящих ток и передающих усилие сжатия.
3. Точечная контактная сварка
установочная длина L1 + L2, мм;
сварочный ток I, А;
длительность нагрева (сварки) tсв, с;
давление осадки p или усилие осадки Р, МПа;
припуск на осадку Lос, мм.
Стыковую сварку оплавлением выполняют непрерывным или прерывистым оплавлением (с подогревом).
При стыковой сварке непрерывным оплавлением детали приводят
в соприкосновение при включенном токе и очень малом усилии (рис. 4.2, б).
Детали соприкасаются вначале по отдельным небольшим площадкам,
через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление деталей в результате непрерывного образования и разрушения контактов-перемычек между их торцами.
В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла, который при осадке вместе с загрязнениями и окисными пленками
выдавливается из стыка, образуя грат. Способ не требует специальной
подготовки кромок, имеет высокую производительность. Применяется
для сварки тонкостенных труб, листов, рельсов, арматурных стержней
железобетонных изделий. Этим способом сваривают детали компактного (до 1000 мм2) сечения типа прутков из низкоуглеродистой стали и детали из труб и листов несколько большего (развитого) сечения.
При прерывистом оплавлении детали сближаются под током с медленно нарастающей скоростью при коротких возвратно-поступательных
движениях. Импульсное оплавление локализует нагрев и расширяет высокотемпературную зону, предупреждая быструю кристаллизацию расплава. После оплавления всего сечения выключают ток и делают осадку.
Импульсное оплавление значительно уменьшает требуемые для оплавления мощность и припуск на оплавление.
Сварка прерывистым оплавлением используется для сечений
500...10 000 мм2. Для больших деталей (сечение 5000...40 000 мм2) рекомендуется сварка оплавлением с программным управлением током и скоростью перемещения зажимов.
Тр
б
Р
Р
Тр
Рис. 4.3. Принципиальные схемы контактной точечной сварки:
а – листового металла; б – пересекающихся стержней
Р
Р
33
Точечная сварка начинается с предварительного сжатия деталей
электродами, что необходимо для получения электрического контакта
между деталями и электродами. Через некоторое время после сжатия
электродов включается сварочный ток. При прохождении тока выделяется тепло Q, которое зависит от величины тока I, времени его протекания и сопротивления R (см. формулу (1.1)).
Параметрами режима точечной сварки являются: усилие сжатия,
сварочный ток, время сварки и диаметр рабочей части электрода.
Различают два режима контактной сварки: жесткий и мягкий.
Жесткий режим характеризуется применением больших плотностей тока и малым временем процесса. Такой режим применяют для сварки сталей, склонных к образованию закалочных структур, цветных металлов и сплавов.
Мягкий режим характеризуется относительно большой продолжительностью процесса и меньшими плотностями тока. Мягкий режим
применяется преимущественно для углеродистых сталей.
Режим точечной сварки подбирается таким, чтобы диаметр сварной точки (литого ядра) dt достигал заданной величины. Для назначения
а
При точечной сварке соединяемые детали располагаются между
электродами, изготовленными из медных сплавов (рис. 4.3). Форма
и размеры электродов зависят от вида сварного соединения и свариваемых деталей.
Процесс точечной сварки состоит из следующих операций: сжатия
свариваемых деталей, включения сварочного тока, выключения тока
и снятия усилия сжатия.
2δ ( 2...3),
(4.3)
34
где – толщина металла, мм.
Усилие сжатия электродов необходимо при сварке не только для
создания металлического контакта между соединяемыми деталями, но и
для осуществления пластической деформации в процессе кристаллизации литого ядра, что необходимо для компенсации усадки, а также для
предотвращения выплеска жидкого металла в зазор между деталями.
Поэтому давление при точечной сварке снимается после выключения тока.
Усилие сжатия зависит от толщины свариваемых деталей и теплофизических свойств металла. Оно задается удельным давлением р и может иметь значения от 50 до 180 МПа. Значение ковочного усилия обычно в 2...3 раза больше усилия сжатия.
Продолжительность включения тока оказывает влияние на количество выделившегося тепла, а следовательно, на размеры жидкой ванночки металла в ядре сварной точки. Кроме того, длительное время включения тока может привести к перегреву основного металла, расположенного вблизи сварной точки.
Величина сварочного тока зависит в основном от толщины свариваемого металла и его химического состава. При этом минимальный ток
определяет наибольшую длительность процесса сварки (мягкий режим).
Для сталей эта мягкость характеризуется отсутствием резкого закаливания и большими зонами термического влияния. Жесткий режим – это
режим работы, при котором используется предельно возможный сварочный ток. Предел ограничивается не столько размерами расплавленной
точки (ядра), сколько опасностью выплеска сильно перегретого жидкого
металла по плоскости свариваемого контакта.
Силу тока и усилие сжатия деталей устанавливают постоянными
или меняют по определенному графику в течение цикла сварки одной
точки. Характер их изменения определяется толщиной и материалом свариваемых деталей. Наиболее распространенные схемы циклов точечной
сварки приведены на рис. 4.4.
dt
величины dt используют справочную информацию в виде таблиц или
эмпирические формулы. В частности, для этих целей можно использовать формулу
tСВ
I
P
t
б
I
P
tСВ
I
P
t
в
I
P
tСВ
I
P
t
P
P
Тр
б
P
P
Тр
35
Как и при точечной сварке, детали обычно собирают внахлестку.
На практике применяют следующие способы сварки: непрерывную, прерывистую с непрерывным вращением роликов.
Непрерывную шовную сварку выполняют при постоянном давлении на свариваемые детали и постоянно включенном токе в течение всего процесса сварки.
Рис. 4.5. Принципиальные схемы контактной шовной сварки:
а – с двусторонним подводом тока; б – с односторонним подводом тока
Vсв
а
Шовная сварка – это контактная сварка, при которой соединение
свариваемых частей происходит между вращающимися дисковыми электродами, подводящими ток и передающими усилие сжатия (рис. 4.5).
4. Шовная контактная сварка
Рис. 4.4. Циклограммы контактной точечной сварки: а – для низкоуглеродистых
сталей толщиной до 3 мм; б – для сталей толщиной до 10...12 мм; в – для сталей
толщиной более 10 мм
а
I
P
36
Прерывистую сварку выполняют при постоянном давлении сжатия, а сварочный ток подают периодически, при этом шов формируется
в виде сварных точек, перекрывающих друг друга.
Шовную сварку применяют в массовом производстве при изготовлении емкостных изделий с толщиной стенки 0,3…3 мм, где требуются
герметичные швы.
К параметрам режима шовной сварки относятся: сила тока, длительность действия тока и пауз, усилие сжатия и скорость сварки.
Материал электродов должен иметь высокие тепло- и электропроводность, температуру разупрочнения, а также достаточную прочность
и твердость. Электроды изготовляют из меди и ее сплавов. Для повышения стойкости электродов применяют водяное охлаждение.
Изучению в лаборатории подлежат точечные машины МТ-602
и АТП-25, машина для стыковой сварки МСС-901, сварочные клещи и
их настройка на заданный режим.
При выполнении работы следует:
1) изучить по плакатам и выпискам из инструкций принципиальные электрические и конструктивные схемы точечной, стыковой машин
и сварочных клещей и ознакомиться с их устройством;
2) получить шесть круглых образцов для точечной и три – для стыковой сварки, два плоских образца для сварки сварочными клещами;
3) определить оптимальные параметры режима сварки полученных
образцов по табличным данным и рекомендациям, имеющимся в лаборатории;
4) подготовить сварочные машины к работе и настроить их на выбранный режим сварки;
5) провести сварку на точечной машине АТП-25 прутков в виде
крестообразного соединения на трех различных режимах: оптимальном,
мягком и жестком. По виду сварного соединения оценить, какой из исследуемых режимов сварки является более предпочтительным;
6) провести сварку стержней встык на стыковой машине МСС-901
на двух режимах: оптимальном и мягком. По визуальным наблюдениям
описать процесс нагрева при сварке и внешний вид сварных стыков,
а также оценить длину нагрева до высоких температур по окисленной
поверхности. Проанализировать результаты и оценить качество сварки
при разных режимах;
7) провести сварку плоских образцов на сварочных клещах по двум
режимам: оптимальному и мягкому. Проанализировать результаты и оценить качество сварки.
37
1. Цель и задачи работы.
2. Сущность процесса контактной сварки (конспективно).
3. Принципиальные схемы основных видов контактной сварки
и рациональные области их применения.
4. Выбор параметров режима точечной и стыковой сварки.
5. Последовательность выполнения сварочных операций на точечной и стыковой машинах. Результаты наблюдений и их анализ.
6. Выводы по работе.
Содержание отчета
39
Для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций (ЖБК) применяют специальные арматурные
стали, которые поставляются в виде стержней гладкого или периодического профиля и проволоки. Распространенные диаметры стержней – 6...40 мм.
Стержневая арматура подразделяется на горячекатаную и термически или
38
1. Арматурные стали и способы их сварки
Цель лабораторной работы – изучение сущности процессов, сварочного оборудования, инструмента и приспособлений, техники и технологии ванной сварки.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) ознакомиться с арматурными сталями и способами их сварки;
2) изучить сущность ванной сварки при соединении горизонтальных и вертикальных стержней из арматурной стали;
3) ознакомиться с оборудованием, инструментом и приспособлениями, применяемыми при ванной сварке;
4) ознакомиться с техникой и технологией ванной сварки, оценить
качество и производительность сварки различными способами.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – посты для ручной дуговой сварки на постоянном
и переменном токе, полуавтомат ПДГ-162, защитные маски со светофильтрами, молоток, зубило, весы, секундомер, инвентарные медные формы
для ванной сварки, зажимы для скрепления инвентарных форм;
материалы – электроды различных марок диаметром 3...5 мм,
электродная проволока диаметром 1,2...2 мм, флюсы марок АН-348А,
АН-348АМ, заготовки из арматурной стали диаметром 20...40 мм;
плакаты и планшеты – сварка арматурных сталей в монтажных
условиях, натурные образцы ванной сварки вертикальных и горизонтальных стержней в медных и графитовых формах, на подкладках;
справочная литература – справочники, ГОСТы.
СВАРКА АРМАТУРНЫХ СТАЛЕЙ ПРИ МОНТАЖЕ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Лабораторная работа № 5
термомеханически упрочненную. Термическая обработка – это закалка
с последующим отпуском, термомеханическая – высокотемпературная
термомеханическая обработка.
В зависимости от основных механических характеристик стержневая арматура подразделяется на классы A-I...A-VI, Ат-III...Ат-VIII. Принятые обозначения классов стержневой арматуры (А) дополняются индексами для указания способа изготовления, особых свойств и назначения. Ведущим показателем каждого класса является минимальное значение предела текучести, которое считается нормативным сопротивлением арматуры.
Арматурную сталь выбирают в зависимости от типа конструкции,
наличия предварительного напряжения, а также от условий возведения и
эксплуатации зданий и сооружений.
Выбор способа сварки стержней арматуры и закладных деталей зависит от конструкции соединения и условий изготовления или монтажа.
В заводских условиях, где арматурные стержни могут быть поданы
к стационарным машинам, используется контактная сварка: стыковая
и точечная. Эти виды сварки обеспечивают высокую производительность
и качество сварных соединений, минимальные затраты материалов и электроэнергии.
Стыковую сварку непрерывным оплавлением применяют для соединения встык арматурных стержней небольшого диаметра из низкоуглеродистой стали. Для способа характерна узкая зона интенсивного разогрева, что приводит к закалке стержней из закаливающихся сталей.
Стыковая сварка прерывистым оплавлением применяется при соединении встык стержней из закаливающихся сталей (Ст5, 35ГС, 25Г2С
и др.) и стержней большого диаметра из низкоуглеродистой стали Ст3.
Прерывистое оплавление снижает степень закалки и мощность контактных машин.
Точечную сварку применяют для соединения пересекающихся стержней при изготовлении сварных арматурных каркасов и сеток для ЖБК.
При изготовлении каркасов монолитного железобетона и выполнении монтажных соединений сборного железобетона применяют, в основном, электродуговую, ванную и электрошлаковую сварку. Для монтажной сварки сборные железобетонные элементы зданий имеют закладные детали в местах примыкания одного элемента к другому.
При монтаже зданий эти закладные детали сваривают ручной дуговой
сваркой, либо непосредственно друг с другом, либо с помощью допол-
а
(6...8) d
(6...8) d
б
г
(3...4) d
(3...4) d
б
41
40
3
Рис. 5.3. Ванно-шовная сварка:
1 – свариваемые стержни; 2 – фланговые швы; 3 – стальная накладка
1
2
На остающихся подкладках можно вести также механизированную
сварку проволокой сплошного сечения или ванно-шовную ручную сварку покрытыми электродами.
Ванно-шовная сварка используется в тех случаях, когда хотят передать
эксплуатационные осевые усилия на накладку. При этом, кроме основного
стыка, выполняемого ванной сваркой, заваривают фланговые швы (рис. 5.3).
Рис. 5.2. Ванная сварка:
а – горизонтальных стержней; б – вертикальных стержней
а
ная ванная сварка под флюсом в съемных медных формах. Вместо медных форм допускается применение графитовых форм, которые, однако,
быстрее выходят из строя.
При небольших объемах работ или отсутствии необходимого оборудования применяется менее эффективная ручная одноэлектродная или
многоэлектродная ванная сварка в медных формах. При отсутствии съемных форм допускается применение остающихся стальных подкладок.
Сварку ведут ванным способом одним или несколькими электродами.
Сущность этого способа состоит в том, что стык между стержнями
помещается в специальную форму, которая необходима для удержания
ванны расплавленного металла. Зазор в стыке устанавливается в зависимости от диаметра стержней и должен составлять 5...20 мм. Сварка может выполняться в вертикальном и горизонтальном положениях (рис. 5.2).
Расплавление основного металла происходит, главным образом, за счет
тепла, выделяющегося в ванне жидкого металла. Чтобы в сварочной ванне было достаточное количество жидкого металла, применяют повышенный ток при самой короткой дуге. Наиболее эффективна механизирован-
2. Сущность ванной сварки
Рис. 5.1. Типы сварных соединений, выполненные протяженными швами:
а – нахлесточное соединение с односторонним швом; б – нахлесточное соединение с двусторонним швом; в – соединение с круглыми накладками и односторонним швом; г – соединение с круглыми накладками и двусторонним швом
в
d
расход металла на стык уменьшается в 8...10 раз;
расход электродов и электроэнергии – в 2...3 раза;
трудоемкость и себестоимость – в 2...3 раза.
нительных связующих элементов: пластин, уголков, швеллеров или арматурных прутков. При этом предпочтение отдается ванной сварке.
По сравнению с дуговой сваркой стержней внахлестку и с наклад-
d
42
Механизированная ванная сварка под флюсом рекомендуется как
наиболее эффективный способ соединения арматуры диаметром более
20 мм (в стыках однорядных стержней).
Оборудование, инструмент и приспособления. Для механизированной ванной сварки под флюсом стыковых соединений арматурных
стержней должны применяться сварочные полуавтоматы (А-765, ПДГ162, А-1197, А-1530) в сочетании с медными инвентарными формами.
Если невозможны установка и снятие составных медных форм из-за тесного расположения стержней, допускается применять медные скобы (желобчатые подкладки) толщиной не менее 12 мм и длиной около 200 мм в
сочетании с медными вкладышами-ограничителями плавильного пространства в верхней части соединения (рис. 5.4).
Применение медных желобчатых подкладок без ограничителей
плавильного пространства не допускается. На практике иногда плавильное пространство ограничивают глиной.
При отсутствии медных форм для механизированной ванной сварки допустимо применение инвентарных графитовых форм с увеличенной на 15...20 % толщиной стенок. Эти формы должны быть изготовлены из углеграфитовых материалов марок ЭЭГ или mil (для сварки вертикальных стержней) и ЭГО, ЭП1 или ГМЗ (для сварки горизонтальных
стержней).
Применять формы из керамических материалов вместо медных или
графитовых не допускается.
Подготовка к сварке. Концы горизонтальных стержней рекомендуется обрезать так, чтобы был обеспечен прямой угол между торцом
и осью стержня, а зазор между параллельными торцами стыкуемых стержней составлял 12...20 мм (рис. 5.5, а).
Концы вертикальных стержней, подлежащих сварке, должны быть
снабжены скосами-разделками (рис. 5.5, б, в).
3. Ванная сварка стыковых соединений стержней
в инвентарных формах
Сварку ванным способом разрешается производить при отрицательной температуре с соблюдением обычной технологии, но при повышенном токе. Ток повышают пропорционально понижению температуры
от 0 °С так, чтобы при температуре –30 °С сварочный ток был повышен
на 10 %.
1
3
43
На подготовленных к сварке концах стержней закрепляют инвентарные медные формы, располагая их так, чтобы они обеспечивали возможность и удобство маневрирования сварочной проволокой и держателем и чтобы приливы стыков вертикальных стержней не выступали за
пределы защитного слоя бетона.
Если зазоры между поверхностями стержней и гнезд медной формы превышают 2 мм, то во избежание вытекания жидкого шлака их следует уплотнять путем намотки на стержни одного или двух колец шнурового или листового асбеста.
Перед началом сварки в форму засыпают флюс в количестве 30...40 г.
Режим сварки. Механизированную дуговую сварку стыковых соединений арматуры под флюсом рекомендуется выполнять электродной
проволокой диаметром 2 мм. Допускается использование проволоки диаметром 2,5 мм.
Ориентировочные режимы механизированной ванной сварки под
флюсом стыковых соединений однорядных горизонтальных и вертикальных стержней приведены в табл. 5.1.
Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются: Iсв – сварочный ток, А; dэ – диаметр электрода, мм.
Рис. 5.4. Схема установки желобчатой подкладки и медных вкладышей-ограничителей плавильного пространства при подготовке к ванной сварке горизонтальных стержней:
1 – подкладки; 2 – стержни; 3 – медные вкладыши
3
2
1
d
d
d
в
d
d
d
2
2,5
20...25
28...32
36...40
20...25
28...32
36...40
0,05...0,06
0,07...0,07
0,086...0,09
0,07...0,086
0,1...0,1
0,12...0,14
40...42
42...44
44...46
38...42
40...44
42...46
400...450
440...480
460...500
300...400
350...450
400...500
30...60
30...80
40...80
30...60
30...80
40...80
10...15
10...15
Диаметр Диаметр Скорость по- Начальное Свароч- Длина Глубина
стержня, прово- дачи прово- напряже- ный ток, вылета шлаковой
мм
локи, мм локи, м/с ние дуги,
А
электро- ванны, мм
В
да, мм
Рис. 5.5. Формы и размеры разделки торцов стержней:
а – горизонтальные; б – вертикальные при d < 32 мм; в – вертикальные
при d > 32 мм
Таблица 5.1
б
44
Диаметр электрода выбирается в зависимости от диаметра свариваемой арматуры и положения стыкуемых стержней в пространстве,
а необходимая величина сварного тока устанавливается в зависимости
от диаметра электрода (табл. 5.2).
Примечание. При использовании электрода большого диаметра ток
может быть определен из выражения I = (50...55)d.
Тип электрода выбирают в зависимости от класса стальной арматуры и способа сварки (табл. 5.3).
Ванная и ванно-шовная сварка ведутся на постоянном или переменном токе одиночными электродами.
Сварка на постоянном токе должна производиться на обратной полярности («+» – на электроде, «–» – на изделии).
а
220...250
260...300
200...220
220...240
вертикально
45
Техника сварки. При механизированной сварке в начале работы конец электродной проволоки следует погрузить во флюс и возбудить дугу.
Не допускается производить возбуждение дуги замыканием электродной
проволоки на элементы медной формы.
При сварке стыкового соединения горизонтальных стержней конец
электродной проволоки после возбуждения дуги следует приблизить
к тому торцу стержня, на котором возбудили дугу, и проплавить нижнюю часть торца одного стержня, сообщая проволоке колебательные движения. После расплавления нижней части торца одного стержня конец
проволоки нужно быстро приблизить к нижней части второго стержня
и расплавить аналогично. После образования ванны жидкого металла
и шлака быстрым перемещением конца сварочной проволоки по краям
шлаковой ванны у торцов стержней следует постепенно заполнить плавильное пространство.
На этом этапе электродную проволоку не следует приближать к стенкам медной формы, а рекомендуется перемещать проволоку от одного
торца стержня к другому по диагонали.
Образование сварного шва нужно закончить перемещениями конца электродной проволоки по периметру ванны, не допуская приближения проволоки к центру плавильного пространства.
В процессе сварки рабочий периодически должен засыпать дозировочным совком в плавильное пространство порции флюса. Подсыпку
А-I
А-II
А-III
А-IV
Класс
5
5...6
20...28
32...40
горизонтально
Сварочный ток, А,
для стержней, расположенных
Таблица 5.3
Тип электрода
Ручная дуговая сварка
Ванная одноэлектродная
сварка
Э42, Э42А, Э46
Э46А, Э50
Э42А, Э46А, Э50А
Э50А, Э55
Э42А, Э46А, Э50А
Э55, Э60
Э50А, Э55А, Э60А
электрода
стержней
Диаметр, мм
Таблица 5.2
47
46
Содержание отчета
gф
,
(5.1)
GН
где Gф – масса флюса; GН – масса наплавленного металла.
11.Визуально оценивают качество сварки – чешуйчатость поверхности сварного шва, трещины всех видов и направлений, наплывы, подрезы, незаваренные кратеры, непровары, пористость, отсутствие плавных переходов от одного сечения к другому.
12.Производят сравнение производительности ручной дуговой сварки и механизированной.
Gф
1. Цель и задачи работы.
2. Схема, сущность и достоинства ванной сварки стержней арматурной стали.
3. Выбор и расчет параметров ванной сварки.
4. Техника выполнения ванной сварки.
5. Результаты выполнения практической части работы.
6. Выводы по работе.
в) для механизированной сварки – скорость подачи проволоки,
ее диаметр, начальное напряжение дуги, длину вылета электрода, глубину шлаковой ванны, флюс и его дозу;
г) технику манипулирования электродом и электродной проволокой.
4. Студенты взвешивают стержни до сварки.
5. Под руководством учебного мастера собирают инвентарные
формы и устанавливают их на сварочный стол.
6. Производят сварку стыков арматурной стали ручной дуговой
и механизированной сваркой, фиксируя при этом время горения электрической дуги, расход электродов и электродной проволоки.
7. После окончания сварки и остывания расплавленного металла
формы разбирают, а сварной шов очищают от шлака.
8. Взвешивают шлак и сваренные стержни.
9. Определяют массу наплавленного металла, расход электродов
и электродной проволоки на стык, полное время сварки. Расход электродной проволоки рассчитывают исходя из того, что потери металла на угар
и разбрызгивание при сварке под флюсом составляют 2...5 % от массы
наплавленного металла.
10. Оценивают удельный расход флюса по формуле
флюса производят в моменты, когда начинается разбрызгивание жидкого шлака. Переводить дуговой процесс в шлаковый, засыпая в плавильное пространство сразу большое количество флюса, недопустимо.
Для образования стыкового соединения вертикальных стержней
должна применяться следующая техника сварки:
при диаметре стержней до 32 мм конец сварочной проволоки
в начале процесса сварки (после возбуждения дуги) надо перемещать
колебательными движениями;
при диаметре стержней более 32 мм дугу следует возбудить в корневой части разделки нижнего стержня и затем перемещать конец сварочной проволоки волновыми движениями (описанными способами следует заполнять металлом всю разделку соединения);
на последнем этапе сварочную проволоку нужно направлять параллельно оси стыкуемых стержней, располагая ее по возможности ближе к поверхности верхнего стержня, сообщая концу проволоки полукруговые движения. Сварку следует заканчивать, удаляя проволоку от поверхности стержня и сообщая ее концу движения по периметру шлаковой ванны у стенки формы.
Следует отметить, что при ванно-шовной сварке к наложению фланговых швов необходимо приступать только после заполнения нижней
половины стыка, т. е. после достаточного разогрева стержней. Фланговые швы должны накладываться быстро, чтобы предупредить остывание жидкого расплава сварочной ванны.
Во избежание подрезов свариваемых стержней фланговые швы необходимо заканчивать точечными наплавками с кратковременным обрывом дуги. Окончание фланговых швов желательно совмещать с винтовыми выступами стержней периодического профиля.
Практическую часть работы данного раздела рекомендуется
выполнять в следующей последовательности:
1. Учебная группа делится на две подгруппы.
2. Каждой подгруппе студентов учебный мастер выдает заготовки
из арматурной стали (необходимозаписать марку, класс стали и диаметр
стержней) и инвентарные медные формы для ручной дуговой сварки
и механизированной сварки под флюсом.
3. Пользуясь справочниками, стандартами и рекомендациями данной лабораторной работы, студенты устанавливают или определяют:
а) форму и элементы подготовки кромок стержней под сварку;
б) для ручной дуговой сварки – тип и марку электрода, род тока,
полярность, диаметр электрода, силу сварочного тока;
48
Газовая сварка – это сварка плавлением, при котором для нагрева
используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки. В качестве горючих газов для сварки используются: ацетилен (C2H2),
пропан-бутановые смеси (C3H8 + C4H10), природный газ, водород. В качестве окислителя используется кислород.
На практике наибольшее применение находит ацетилено-кислородная сварка, поскольку ацетилен дает наиболее высокую температуру пла-
1. Сущность и способы газовой сварки
материалы – пластины из низкоуглеродистой стали толщиной
3…5 мм, прутки стальной проволоки марки Cв-08А диаметром 3…4 мм;
плакаты – схемы поста газовой сварки, устройств ацетиленового
и кислородного баллонов, ацетиленовых генераторов, газовых горелок,
редукторов, строение ацетилено-кислородного пламени;
справочная литература – выписки из инструкций, справочники,
ГОСТы.
Цель лабораторной работы – ознакомление с сущностью процессов, способов, оборудованием и технологическими возможностями газовой сварки металлов и сплавов. При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) изучить сущность и способы газовой сварки, ее достоинства,
недостатки и рациональные области применения;
2) изучить устройство поста газовой сварки;
3) ознакомиться с техникой выполнения газовой сварки и экспериментально исследовать влияние состава газосварочного пламени на его
взаимодействие с металлом;
4) ознакомиться с технологией газовой сварки.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – пост ацетилено-кислородной сварки, горелки различных марок, секундомер, весы, линейка металлическая, керн, моло-
ГАЗОВАЯ СВАРКА
Лабораторная работа № 6
2l
3
L, мм
Рис. 6.1. Распределение температур по зонам сварочного пламени:
1 – ядро; 2 – восстановительная зона; 3 – факел
l
2
49
В зоне 2 происходит первая стадия горения ацетилена за счет кислорода, поступающего вместе с ацетиленом из горелки. Эта зона имеет
самую высокую температуру и обладает восстановительными свойствами, поэтому зону 2 называют сварочной или рабочей.
В зоне 3 протекает вторая стадия горения ацетилена за счет атмосферного кислорода. Эту зону называют окислительной, так как углекислый газ и пары воды, образующиеся в результате горения при высоких
температурах, окисляют металл.
Ацетилен – кислородное пламя (в зависимости от соотношения
в смеси количеств составляющих) газов может быть нормальным, окислительным и науглероживающим. Характеристика видов ацетилено-кислородного пламени приведена в табл. 6.1.
1000
2000
t, qС
3000
1
мени и выделяет наибольшее количество теплоты при сгорании.
Ацетилено-кислородное пламя состоит из трех зон (рис. 6.1): ядра 1,
средней (восстановительной) зоны 2 и факела 3.
В зоне 1 происходит постепенный нагрев до температуры воспламенения газовой смеси, поступающей из мундштука, и разложение ацетилена на углерод и водород.
1,1…1,3
Более 1,3
Менее 1,1
Нормальное (восстановительное)
Окислительное
Науглероживающее
Основная
часть
Сварка
стали,
меди,
бронзы и
алюминия
Сварка
латуни
Сварка
чугуна
Краткая характеристика пламени
Четко очерченное ядро
пламени, восстановительная зона и факел.
Длина восстановительной зоны до 20 мм
Укороченное, заостренное ядро с нечетким очертанием
Ядро увеличенное расплывчатого очертания,
на конце его образуется зеленый венчик
1...10
0,1...80
Газовое пламя
Электрическая дуга
5...100
0,2...0,5
q, кВт/см
1...50
10...100
d, мм
50
В зону пламени подается присадочный материал в виде прутка или
проволоки. Под действием тепла, выделившегося в пламени горелки,
происходит расплавление кромок свариваемого металла 1 и присадочного материала 5, в результате чего образуется ванна расплавленного
металла 4. По мере перемещения сварочной горелки происходят кристаллизация металла сварочной ванны и образование сварного шва. Схема процесса газовой сварки приведена на рис. 6.2.
Qэф, кВт
Источник нагрева
Таблица 6.2
Газовое пламя является местным поверхностным теплообменным
источником теплоты, позволяющим весьма гибко регулировать распределение ее по заданным участкам поверхности изделия, а также между
основным и присадочным металлом.
Газовое пламя характеризуется наибольшими размерами пятна
нагрева d, сравнительно низкими значениями удельного теплового потока q
и эффективной мощности источника нагрева Qэф (табл. 6.2).
Соотношение
Вид пламени
Таблица 6.1
5
2
4
3
51
Свойства металла шва в значительной мере определяются процессами окисления и раскисления в сварочной ванне при взаимодействии
газовой и шлаковой фазы с жидким металлом.
Ввиду относительно невысокого защитного и восстановительного
действия пламени раскисление шва достигается введением в сварочную
ванну марганца и кремния посредством использования присадочного
металла соответствующего сплава. Положительное влияние этих раскислителей состоит в создании жидкотекучих Si–Mn–Fe-шлаков, способствующих самофлюсованию сварочной ванны. Образующаяся на ее поверхности шлаковая пленка защищает расплавленный металл от кислорода
и водорода газовой среды пламени.
При сварке чугуна, цветных металлов и сплавов удаление образующейся на поверхности сварочной ванны окисной пленки достигается
введением флюсов (техническая и прокаленная бура и др.), предохраняющих металл шва от окисления.
Структурные превращения в сварном шве и околошовной зоне характеризуются образованием типичной для литого металла крупнокристаллической структуры с равновесными зернами неправильной формы.
Чем меньше перегрев металла шва при сварке и чем больше скорость
охлаждения металла, тем мельче зерно в стали и тем выше механические
свойства металла шва. Поэтому сварку целесообразно вести с максимально возможной скоростью.
Рис. 6.2. Принципиальная схема газовой сварки:
1 – свариваемый металл; 2 – наконечник газовой горелки; 3 – газосварочное
пламя; 4 – сварочная ванна; 5 – присадочный материал
1
Известны две разновидности газовой сварки плавлением: горячая
с предварительным подогревом (общим или местным) и холодная
(без предварительного подогрева). Горячая применяется преимущественно для сварки чугуна.
Достоинства газовой сварки:
простота используемого оборудования (не требуется источник
Рис. 6.4. Углы наклона мундштука при сварке металла различной толщины
53
Vсв
52
Рис. 6.3. Способы газовой сварки:
а – левый; б – правый
б
универсальность метода, заключающаяся в возможности сварки
в различных пространственных положениях всех видов соединений
из разнообразных металлов и сплавов.
К числу недостатков газовой сварки следует отнести невысокую
производительность (скорость сварки), бóльшую зону термического влияния, трудность автоматизации, бóльшую стоимость расходных материалов, чем при дуговой сварке.
Газовую сварку применяют при изготовлении и ремонте изделий
из тонколистовой стали, монтаже труб малого диаметра, сварке соединений и узлов из тонкостенных труб, сварке изделий из алюминия
Vсв
как правым, так и левым способом. Вертикальные швы удобнее сваривать левым способом, горизонтальные и потолочные швы – правым.
В зависимости от угла наклона мундштука горелки к поверхности
свариваемого металла a эффективность передачи тепла сварочным пламенем изменяется, достигая наибольшего значения при угле наклона 90º
(рис. 6.4).
При левом способе пламя направлено на еще не расплавленные
кромки металла, а присадочная проволока перемещается впереди пламени. При этом для более равномерного прогрева и перемещения металла сварочной ванны горелку и проволоку перемещают с поперечными
колебаниями.
Правый способ по сравнению с левым обеспечивает лучший КПД
использования тепла пламени, благодаря чему повышается производительность сварки на 10…20 % и уменьшается расход газов на 10…15 %.
Выбор способа сварки зависит от толщины свариваемого металла
и положения шва в пространстве. Правый способ используется преимущественно при сварке металла толщиной более 4 мм; левый – при сварке
металла толщиной менее 4 мм. Сварка в нижнем положении возможна
а
Зона термического влияния состоит из тех же характерных участков, что и при дуговой сварке. Однако ширина участков при газовой сварке
значительно больше вследствие менее концентрированного теплового
потока источника нагрева (пламени) и сравнительно более медленного
охлаждения металла шва. Ширина зоны термического влияния (8…28 мм)
зависит от толщины свариваемого металла, способа и режима сварки.
Существуют два основных способа газовой сварки плавлением:
правый и левый (рис. 6.3).
При правом способе сварки пламя направлено на уже оплавленные
кромки (сварочную ванну), а проволоку перемещают вслед за пламенем
по спирали, не вынимая ее из сварочной ванны.
1
4
5
2
4
5
6
7
8
54
Кислород, используемый для газосварочных работ, получают разделением воздуха на кислород и азот методом глубокого охлаждения (сжижения) с последующей ректификацией на фракции. Кислород поставляют к месту потребления в стальных баллонах емкостью 40 дм3 под давлением 15 МПа, что составляет около 6 м3 при нормальных условиях.
Баллоны окрашены в голубой цвет с черной надписью «КИСЛОРОД».
Ацетилен получают в специальных аппаратах-газогенераторах при
взаимодействии воды с карбидом кальция:
Рис. 6.5. Схема поста газовой сварки:
1 – кислородный баллон; 2 – ацетиленовый баллон; 3 – вентиль; 4 – редуктор; 5 – манометр высокого и низкого давления; 6 – шланг; 7 – газовая
горелка; 8 – заготовка
3
Газовая сварка применяется обычно в ручном варианте. Принципиальная схема поста газовой сварки представлена на рис. 6.5.
2. Устройство, назначение и технические данные
оборудования для поста газовой сварки
и его сплавов, меди, латуни, свинца и чугуна. Наибольшее применение
газовая сварка получила при строительно-монтажных и ремонтных работах.
Са(ОН)2 + С2Н2 + О2.
(6.1)
55
Газогенераторы бывают стационарные и переносные. Ацетиленовые генераторы взрывоопасны и нуждаются в специальном обслуживании, поэтому при работе одного-двух постов целесообразно использовать ацетилен, поставляемый в баллонах. Баллоны для ацетилена изготавливают из стали. Однако, в отличие от кислородных, они заполнены
пористой массой (активированным углем), пропитанной ацетоном. Растворение ацетилена в ацетоне позволяет поместить в малом объеме большое количество ацетилена при относительно небольшом давлении
(1,5…1,9 МПа) и снизить его взрывоопасность. Емкость ацетиленового
баллона – 40 дм3, что составляет 5,3 м3 газа при нормальных условиях.
Ацетиленовые баллоны окрашивают в белый цвет с красной надписью
«АЦЕТИЛЕН».
Ацетилен и кислород из баллонов через понижающие газовые редукторы с помощью шлангов подаются в горелку, предназначенную для
образования газосварочного пламени.
Редуктор – это устройство для понижения давления газа, при котором он находится в баллоне, до величины рабочего давления и для автоматического поддержания этого давления постоянным, поэтому на редукторе расположены два манометра (один показывает давление в баллоне, другой – перед горелкой).
Сварочная горелка – это устройство, служащее для смешивания
горючего газа с кислородом и получения сварочного пламени. Конструкция горелки позволяет регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени. Наибольшее применение имеют инжекторные горелки,
работающие на смеси ацетилена и кислорода.
В инжекторных горелках подача горючего газа в смесительную камеру осуществляется подсосом его струей кислорода, подаваемого в горелку с бóльшим давлением, чем давление горючего газа.
Схема инжекторной горелки показана на рис. 6.6. Кислород и ацетилен под давлением поступают в горелку через ниппели 5. Кислород
проходит по трубке, размещенной в пластмассовой рукоятке 6, и через
вентиль 4 попадает в центральное сопло инжектора 3. Выходя с большой
скоростью из узкого канала инжекторного конуса, кислород создает значительное разрежение в камере 2 и засасывает горючий газ, поступающий через ацетиленовые каналы горелки и вентиль 7 в камеру смесителя 5,
где и образуется горючая смесь. Затем горючая смесь поступает по нако-
СаС2 + 2Н2О
3
8
7
1
4
6
5
С 2Н2
О2
Диаметр канала
инжектора, мм
Диаметр канала
мундштука, мм
Расход кислорода, л/ч
Номер наконечника
Параметр
Толщина свариваемой
стали, мм
Расход ацетилена, л/ч
2
1,15
0,80
56
0,35
0,25
0,5– 1,0–
1,5
3,0
50– 135–
135 150
50– 140–
140 260
1
1,50
0,45
2,5–
4,0
250–
400
260–
420
3
1,50
0,60
4,0–
7,0
400–
700
420–
750
4
2,0
0,75
7,0–
11,0
700–
1100
750–
1170
5
2,50
0,95
10,0–
18,0
1050–
1750
1170–
1900
6
3,0
1,20
17,0–
30,0
1700–
2800
1900–
3100
7
Таблица 6.3
Горелки этого типа имеют сменные наконечники с различными диаметрами выходных отверстий инжектора и мундштука, что позволяет
регулировать мощность ацетилено-кислородного пламени.
Основные технические данные инжекторной горелки ГС приведены в табл. 6.3.
Рис. 6.6. Схема сварочной горелки инжекторного типа:
1 – мундштук; 2 – смесительная камера; 3 – инжектор; 4 – вентиль кислородный; 5 – ниппели; 6 – рукоятка; 7 – вентиль ацетиленовый; 8 – наконечник
1
2
нечнику 8 к мундштуку 1, на выходе из которого при сгорании образуется сварочное пламя.
57
Процесс изучения ведется под руководством учебного мастера
в два этапа.
Этап 1. Демонстрация техники выполнения сварочных операций:
1) зажигание и регулирование газовой смеси; при демонстрации
пламени необходимо зарисовать (желательно в цвете) и описать отличительные черты пламени разного состава (нормального, окислительного,
науглероживающего);
2) выполнение техники при левом и правом способах сварки швов
в нижнем и вертикальном положениях (записать параметры режима сварки, характер формирования металла шва, траектории движения наконечника горелки и присадочного прутка);
3) влияние угла наклона оси пламени к поверхности металла на
условия формирования сварного шва.
Этап 2. Исследование влияния состава газосварочного пламени на
его взаимодействие с металлом:
1) подготовка к сварке трех пластин из стали марки Ст3 размерами
4 25 150 мм и присадочных прутков из сварочной проволоки Cв-08 диаметром 3 мм;
2) взвешивание и маркировка пластин и прутков до сварки;
3) определение по таблице, представленной в лаборатории, среднечасового расхода ацетилена в соответствии с номером наконечника горелки, установленного для сварки (записать расход и номер наконечника
горелки);
4) наплавка валика по центру каждой пластины при различном составе пламени ( = 1,1…1,2; > 1,3; < 1,1). При работе сварщика необходимо отметить время наплавки, рабочее давление кислорода и ацетилена и поведение сварочной ванны при формировании валика;
5) взвешивание пластин с наплавками и оставшихся присадочных
прутков, измерение длины швов (валиков);
6) определение производительности процесса наплавки Q, г/ч, или v,
м/ч, и коэффициента потерь металла на угар и разбрызгивание , %:
7) оценка пластичности металла шва (валика) путем изгиба пластин в тисках на оправке с помощью молотка (рис. 6.7). Загиб пластины
осуществляется постепенно до появления трещины в зоне наибольших
пластических деформаций растяжения, после чего измеряют угол загиба ;
3. Техника выполнения газовой сварки.
Исследование влияния состава газосварочного пламени
на пластичность металла шва
2
3
D – угол загиба
Трещина
Содержание отчета
Рис. 6.7. Схема испытания на изгиб:
1 – образец; 2 – оправка; 3 – тиски
R
1
58
1. Цель и задача работы.
2. Сущность и способы газовой сварки (конспективно).
3. Принципиальные схемы поста газовой сварки и сварочной горелки.
4. Результаты исследования влияния состава газосварочного пламени на пластичность металла шва.
5. Выводы по работе.
0,5 Lобр
P
D
8) анализ на основе полученных результатов влияния состава газосварочного пламени на пластичность металла шва стали Ст3.
59
По месту расположения дефекты бывают внешние и внутренние.
Внешние дефекты, в отличие от внутренних, могут быть обнаружены
наружным осмотром.
К внешним дефектам относятся нарушение установленной формы
и размеров шва, подрезы, прожоги, наплывы, внешняя пористость, незаваренные кратеры, шлаковые включения и трещины на поверхности шва.
1. Классификация сварочных дефектов
Цель лабораторной работы – изучение характерных дефектов сварных швов, причин их возникновения в сварных конструкциях, методов
и приборов для их выявления.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) изучить характерные дефекты, образующиеся в сварных соединениях, и причины их возникновения, оценить роль и степень влияния
дефектов на работоспособность сварных металлоконструкций;
2) на макро- и микрошлифах (по фотографиям) научиться определять вид дефектов;
3) на натурных образцах выявить дефекты и дать заключение о пригодности сварного соединения.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – набор инструментов и приборов для визуального
и измерительного контроля (нутромеры метрические, лупы оптические
с 4–6-кратным увеличением, лупы измерительные с 10-кратным увеличением, измерительные металлические линейки, угольники, штангенциркули, щупы, радиусомеры, универсальный шаблон сварщика);
материалы – натурные образцы с дефектами, макро- и микрошлифы сварных швов, альбом фотографий с характерными дефектами;
плакаты – схемы дефектов сварных швов;
справочная литература – выписки из инструкции по визуальному и измерительному контролю, акты проведения визуального и измерительного контроля, ведомость дефектов, справочники, ГОСТы.
ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ ШВОВ
Лабораторная работа № 7
61
60
С
Рис. 7.1. Дефекты сварных соединений:
а – непровары; б – подрезы; в – наплывы; г – усиление шва;
д – грубая чешуйчатость; е – неравномерная ширина шва
е
д
г
в
б
а
К внутренним дефектам относятся поры, неметаллические включения, непровары, пережог и перегрев металла шва, а также внутренние
трещины.
Непровар – это дефект в виде несплавления в сварном соединении
вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее
выполненных валиков сварного шва (рис. 7.1, а). Непровар не только
уменьшает рабочее сечение сварного шва, но и является концентратором
напряжений, способствующих зарождению и развитию трещин.
Подрез зоны сплавления – это дефект в виде углубления по линии
сплавления сварного шва с основным металлом (рис. 7.1, б). Он образуется из-за завышенного сварочного тока и напряжения на дуге, смещения электрода от оси шва и т. д. Подрезы, уменьшая сечение основного
металла вблизи линии сплавления, значительно снижают прочность сварного соединения. Наиболее опасны подрезы в конструкциях из высокопрочных сталей, чувствительных к концентраторам напряжений.
Наплыв – это дефект в виде натекания металла шва на поверхность
основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним
(рис. 7.1, в). Наплывы особенно опасны в изделиях, работающих при знакопеременных или пульсирующих нагрузках, так как становятся местами зарождения усталостных трещин.
Нарушение формы и размеров сварного шва. Форма и размеры
швов обычно зависят от толщины свариваемого металла. Их задают техническими условиями и указывают на чертежах. В частности, при сварке плавлением регламентируют:
для стыковых швов – ширину шва, высоту выпуклости и глубину
проплавления;
для угловых – катет шва и высоту рабочего сечения.
Вогнутость или чрезмерная выпуклость шва. Для обеспечения
нормальной работы конструкции стыковые швы должны иметь небольшую выпуклость (1...3 мм) с плавными очертаниями (рис. 7.1, г). Избыточная выпуклость приводит к концентрации напряжений и снижению
работоспособности сварного соединения.
Грубая чешуйчатость и неравномерность ширины шва
(рис. 7.1, д, е) обычно наблюдаются при сварке в монтажных условиях
вследствие стекания жидкого металла под действием сил тяжести, нестабильности горения дуги. К числу дефектов геометрической формы
можно отнести также неполномерность и несимметричность сварных
швов.
63
62
2. Влияние дефектов на работоспособность
сварных соединений
Наличие дефектов в сварных соединениях само по себе еще не говорит о потере их работоспособности.
Степень влияния дефектов зависит от большого числа конструктивных и эксплуатационных факторов: свойств свариваемого материала; конструкции соединения; схемы нагружения; концентраторов напряжений; вида нагрузки; агрессивности среды; температурных воздействий;
вероятности и опасности отказа.
Как правило, при статических (а тем более при динамических) нагрузках наличие трещин любой величины не допускается в сварных конструкциях, так как дефекты такого рода способствуют концентрации внутренних напряжений и легко распространяются вглубь металла. Исправление возможно только при наличии единичных трещин, сварное соединение со множественными трещинами исправлению не подлежит. Для
ликвидации единичной трещины предварительно засверливают металл
на расстоянии примерно 30...50 мм от ее концов. Затем делают разделку
трещины, подогревают участки металла на ее концах до температуры
100...150 °С и одновременно заваривают подготовленную таким образом трещину.
Участки швов с множественными трещинами должны полностью
удаляться, стыки трубопроводов с трещинами длиной более 100 мм полностью вырезаться, а при более коротких трещинах вырубаться или выплавляться и завариваться вновь.
Поры становятся очагами усталостных разрушений, в первую очередь, в угловых, стыковых и поперечных швах с высокими растягивающими остаточными напряжениями. Например, в сварных швах трубопроводов высокого давления не допускаются одиночные поры, сплошная цепочка или сетка (независимо от длины и площади) размером более
5 % толщины стенки при ее толщине до 20 мм и свыше 1 мм при большей толщине стенки в количестве, превышающем две на каждые
100 мм шва.
В нахлесточных соединениях поры практически не влияют на их
выносливость.
Свищ в сварном шве – это дефект в виде воронкообразного углубления в сварном шве.
Дефекты формы швов возникают из-за нарушения скорости подачи проволоки при автоматической сварке, неравномерности зазора и угла
скоса кромок, неточного направления электрода относительно зазора
и низкой квалификации сварщиков.
Трещина сварного соединения – это дефект в виде разрыва в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах.
Кристаллизационные (горячие) трещины зарождаются в процессе первичной кристаллизации и развиваются при остывании металла. Они
бывают продольными и поперечными по отношению к оси шва. На появление этих трещин влияют химический состав металла шва, форма
сварочной ванны, размеры первичных кристаллов, ширина температурного интервала хрупкости, величина и темп нарастания сварочных растягивающих напряжений в процессе кристаллизации металла.
Холодные трещины образуются в сварных соединениях при остывании металла ниже 200 °С. Основными причинами их возникновения являются образование закалочных структур и наличие водорода
в металле шва.
Трещины являются наиболее опасным и недопустимым дефектом
в сварных соединениях. Острые края трещин при соответствующих условиях способствуют их развитию, что приводит к разрушению конструкций.
Пóра в сварном шве – это дефект шва в виде полости округлой формы, заполненной газом. Поры возникают в процессе кристаллизации металла сварочной ванны вследствие выделения из жидкого металла газов.
Поры являются менее опасным дефектом, чем трещины, но
их нельзя допускать в сварных швах изделий, работающих под давлением или в вакууме, а также предназначенных для транспортирования
и хранения жидких и газообразных продуктов.
Шлаковое включение – это дефект в виде вкрапления шлака в сварном шве. Шлаковые включения, так же как и поры, ослабляют сечение
шва, уменьшают его прочность и являются концентраторами напряжений. Они образуются из-за некачественных материалов, незачищенных
кромок свариваемого металла, неполного удаления шлака при многослойной сварке.
Прожог сварного шва – это дефект в виде сквозного отверстия
в сварном шве, образовавшийся в результате вытекания части металла
сварочной ванны. Прожоги образуются от чрезмерно высокой погонной
энергии, неравномерной скорости сварки и т. д.
В сварных швах не допускаются:
трещины любых размеров и направлений;
свищи, подрезы глубиной более 0,5 мм на металле толщиной до
10 мм и более 1 мм – на металле толщиной свыше 10 мм и общей длине
более 20 % длины шва;
незаплавленные кратеры, прожоги;
непровары по кромкам, сечению шва, в вершине шва в соединениях, доступных для сварки с двух сторон или на подкладке.
В соединениях металлических конструкций допускается в этом случае непровар глубиной 5 % толщины металла, но не более 2 мм, длиной
до 50 мм при расстоянии между непроварами более 250 мм и общей длине участков не более 200 мм на 1 м шва.
В конструкциях из высокопрочных сталей не допускаются:
непровары в вершине шва в соединениях, доступных для сварки
только с одной стороны, если их глубина превышает 15% толщины металла, в металле толщиной свыше 20 мм не более 3 мм, а длина – 200 мм
на 1 м шва;
непровары в трубопроводах высокого давления;
скопления газовых пор (более 5 на 1 см2) при общей пористости
более 5 см2 на длине шва 0,5 м;
шлаковые включения при суммарной длине цепочки более
200 мм на 1 м шва;
непровары, поры и шлаковые включения в одном сечении, если
доступ ко шву только с одной стороны, с суммарной величиной более
15 % толщины металла или более 3 мм в металле толщиной свыше 20 мм.
В соединениях технологических трубопроводов и во всех случаях
газовой сварки недопустимы названные выше дефекты при их глубине
более 10 % толщины металла.
Практическая часть раздела состоит в освоении методики визуального поиска дефектов в сварном шве натурного образца и измерении
параметров обнаруженных дефектов.
Рекомендуемый порядок выполнения:
1) изучить по плакатам и схемам типичные дефекты сварных швов;
2) ознакомиться с инструментами и приборами для визуального
и измерительного контроля;
3) на натурном образце определить вид дефектов и провести измерение их параметров и координат;
4) полученные результаты занести в акт контроля и сверить с требованиями нормативно-технической документации;
65
Для сварной конструкции места расположения пор играют бóльшую роль, чем их размеры.
Степень влияния подрезов на усталостную прочность зависит
от глубины подреза, величины остаточных напряжений и вида сварного
соединения. Так, у трубопроводов для горючих, токсичных и сжиженных газов допускаются подрезы в местах перехода сварного шва к основному металлу глубиной не более 1 мм. На одном стыке допускается
подрез общей протяженностью не более 30 % длины шва.
Отрицательное влияние на прочность сварных соединений оказывают также шлаковые включения, значительные по величине и острые
по форме.
Виды, число и размеры допускаемых внутренних дефектов зависят
от назначения конструкции.
В сварных соединениях металлических конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений допускаются непровары по сечению швов в соединениях:
доступных при сварке с двух сторон – глубиной до 5 % толщины
металла, но не более 2 мм при длине непровара не более 50 мм и общей
длине участков непровара не более 200 мм на 1 м шва;
доступных при сварке с одной стороны (без подкладок) – глубиной до 15 % толщины металла, если она не превышает 20 мм, и не выше
3 мм при толщине более 20 мм.
У трубопроводов для горючих, токсичных и сжиженных газов сварные швы бракуются:
при обнаружении трещин любых размеров и направлений, свищей, сетки или цепочки пор, шлаковых или других инородных включений, непровара в корне шва, межваликовых несплавлений;
непроваре при одностороннем шве бесподкладного кольца глубиной более 10 % толщины стенки трубы, если она не превышает 20 мм,
и более 2 мм при толщине стенки свыше 20 мм;
одиночных порах, включениях вольфрама размером свыше 10 %
толщины стенки, если толщина не превышает 20 мм, в количестве более
3 шт. на каждые 100 мм шва.
Примерно такими же являются браковочные признаки для трубопроводов высокого давления.
В швах, выполненных стыковой контактной сваркой и другими прессовыми способами, наиболее опасными для работы конструкций являются непровар, связанный с нарушениями технологического режима,
а также скопления окислов, рыхлости и пережоги в зоне стыка.
64
66
1. Цель и задачи работы.
2. Привести краткую характеристику основных дефектов сварных
швов с указанием причин их возникновения (конспективно).
2. Оценить роль и степень влияния дефектов на работоспособность
сварных соединений (конспективно).
3. На основании проведенных исследований по обнаружению дефектов на натурных образцах заполнить акт визуального и измерительного контроля.
4. Схематично зарисовать обнаруженные дефекты.
5. Сделать вывод о пригодности сварного соединения к дальнейшей эксплуатации на основании требований нормативно-технической
документации.
Содержание отчета
67
Под контролем качества сварки подразумеваются проверка условий и порядок выполнения сварочных работ, а также определение качества выполненных сварных соединений в соответствии с техническими
требованиями.
1. Методы контроля качества сварных соединений
Цель лабораторной работы – изучение приборов и методик ультразвукового контроля качества сварных соединений.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) изучить разрушающие и неразрушающие методы контроля качества сварных соединений, их технологические возможности и области
рационального применения;
2) ознакомиться с устройством и принципом работы ультразвукового дефектоскопа УД2-102, а также с правилами его эксплуатации;
3) освоить методику УЗ-контроля, провести контроль качества сварного соединения, обработать и оформить полученные результаты.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – ультразвуковой дефектоскоп «Пеленг» УД 2-102
со стандартным образцом СО-3Р, ультразвуковой толщиномер «ВзлетУТ-М», пьезоэлектрические преобразователи с разными частотами
и углами ввода, измерительная линейка, штангенциркуль;
материалы – натурные образцы с искусственными и сварочными
дефектами, макро- и микрошлифы сварных швов, альбом фотографий
с характерными дефектами, бумага наждачная, техническое масло, ветошь;
справочная литература – выписки из инструкции по устройству
и эксплуатации ультразвукового дефектоскопа «Пеленг» УД 2-102, ультразвукового толщиномера «Взлет-УТ-М», инструкции по технике безопасности при работе с ультразвуковыми дефектоскопом и толщиномером, плакаты, справочники, АРД-диаграммы, нормативно-техническая
документация, карты ультразвукового контроля, ведомость дефектов.
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
Лабораторная работа № 8
69
68
Разрушающие методы контроля качества
сварных соединений
Разрушающие испытания проводят на образцах-свидетелях, моделях и реже на самих изделиях для получения информации, прямо характеризующей прочность, качество или надежность соединений. К их числу относятся: механические испытания, металлографические исследования, химический анализ и специальные испытания. Эти методы применяют главным образом при разработке технологии изготовления металлических конструкций или для выборочного контроля готовой продукции.
Механические испытания предусматривают статические испытания различных участков сварного соединения на растяжение, изгиб, твердость и динамические испытания на ударный изгиб и усталостную прочность.
Металлографические исследования проводят для установления
структуры металла сварного соединения и наличия дефектов.
При макроструктурном методе определяют характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений путем изучения макрошлифов и изломов металла невооруженным глазом или
с помощью лупы.
При микроструктурном анализе исследуют структуру металла на
полированных и травленных реактивами шлифах при увеличении в
50...2000 раз. Такие исследования позволяют обнаружить пережог металла, наличие окислов по границам зерен, сульфидных и оксидных вклю-
Неразрушающие методы контроля качества
сварных соединений
чений, размеры зерна, микроскопические трещины и другие дефекты
структуры.
Химический анализ позволяет установить состав основного и наплавленного металла, электродов и их соответствие ТУ на изготовление
сварного соединения.
Специальные испытания проводят для получения характеристик
сварных соединений, учитывающих условия эксплуатации (коррозионная стойкость, ползучесть металла при воздействии повышенных температур и др.).
При неразрушающих испытаниях оценивают те или иные физические свойства, косвенно характеризующие прочность или надежность сварного соединения. Неразрушающие методы (ими проверяется более 80 %
сварных соединений) применяют, как правило, после изготовления изделия для обнаружения в нем дефектов. К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений относятся: внешний осмотр, радиационный, ультразвуковой и магнитный контроль, контроль на непроницаемость и ряд других методов, имеющих ограниченное применение.
Внешнему осмотру подвергается 100 % сварных соединений. Осмотр выполняют невооруженным глазом или с помощью лупы, используя шаблоны и мерительный инструмент. При этом проверяются геометрические размеры швов, наличие подрезов, трещин, непроваров, кратеров и других наружных дефектов.
Контролю на непроницаемость подвергают трубопроводы и емкости, предназначенные для транспортирования и хранения газов и жидкостей и, как правило, работающие при избыточном давлении.
Пневматические испытания основаны на создании избыточного
давления воздуха (10...20 кПа) с одной стороны шва и промазывании его
другой стороны мыльной пеной, образующей пузыри под действием проникающего через неплотности сжатого воздуха. Негерметичность можно также оценить по падению давления воздуха в емкости, снабженной
манометром.
Вид гидравлического испытания зависит от конструкции изделия.
Налив воды применяют для испытания на прочность и плотность вертикальных резервуаров, газгольдеров и других сосудов с толщиной стенки
В сварочном производстве применяют следующие виды контроля:
входной (предупредительный), текущий (пооперационный) и приемочный (выходной) готовых изделий и узлов.
Цель входного контроля – уменьшить вероятность возникновения
брака при выполнении сварочных работ (контроль документации, качества исходных и сварочных материалов, квалификации сварщиков и т. д.).
Текущий контроль осуществляется в процессе сборочно-сварочных
работ.
Приемочный, или выходной контроль, осуществляется для выявления наружных и внутренних дефектов сварки.
Различают разрушающие и неразрушающие методы контроля качества сварных соединений.
3
4
70
При оценке качества швов рекомендуется иметь эталонные снимки
характерных дефектов для разных толщин металла. Альбомы эталонных
снимков утверждаются инспекцией Ростехнадзора и являются неотъемлемой частью ТУ на приемку изделий.
Рис. 8.1. Рентгенографический контроль сварных соединений:
1 – рентгеновская трубка; 2 – сварное соединение; 3 – кассета;
4 – пленка
2
1
не более 10 мм. Воду наливают на полную высоту сосуда и выдерживают не менее 2 ч. Поливу из шланга с брандспойтом под давлением не
ниже 0,1 МПа подвергают сварные швы открытых сосудов. При испытании с дополнительным гидростатическим давлением последнее создают
в наполненном водой и закрытом сосуде с помощью гидравлического
насоса. Величину давления определяют по Техническим условиям
и правилам Котлонадзора. Дефектные места устанавливают по наличию
капель, струек воды и отпотеваний.
Внутренние дефекты сварных соединений выявляют просвечиванием рентгеновскими лучами (толщина металла до 60 мм (рис. 8.1)),
или гамма-лучами (толщина металла до 300 мм (рис. 8.2)). Выявление
дефектов основано на различном поглощении рентгеновского или гамма-излучения участками металла с дефектами и без них. Результаты фиксируются на пленке или выводятся на специальный экран. Размеры выявляемых дефектов: при рентгенографии – 1...3 % от толщины металла,
при радиографии – 2...4 %.
4
3
71
Магнитографический контроль основан на обнаружении полей
рассеивания, образующихся в местах расположения дефектов при намагничивании контролируемых сварных соединений (рис. 8.3). Поля рассеивания фиксируются на эластичной магнитной ленте, плотно прижатой к поверхности шва. Запись производят на дефектоскопе. Магнитографический контроль можно применять только для проверки сварных
соединений металлов и сплавов небольшой толщины, обладающих ферромагнитными свойствами. Выявляют поверхностные и подповерхностные макротрещины, непровары, поры и шлаковые включения глубиной
2...7 % на металле толщиной 4...12 мм. Менее четко обнаруживаются поры
округлой формы, широкие непровары (2,5...3 мм), поперечные трещины,
направление которых совпадает с направлением магнитного потока.
Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых колебаний (механические колебания частотой 16...25 МГц) отражаться от поверхности, разделяющей среды с разными акустическими свойствами. Для получения ультразвуковых колебаний используют свойство
титаната бария, кристаллов кварца и некоторых других веществ преобразовывать электрические колебания в механические и наоборот (обратный и прямой пьезоэффекты).
Рис. 8.2. Схема просвечивания гамма-лучами:
1 – затвор; 2 – свинцовая капсула; 3 – капсула
с веществом; 4 – сварное соединение; 5 – кассета с пленкой
5
1
2
б
2
1
6
2
1
7
8
73
72
2. Выбор методов контроля
Люминесцентная и цветная дефектоскопия относятся к методам капиллярной дефектоскопии. Контролируемую поверхность покрывают слоем флюоресцирующего раствора или ярко-красной проникающей жидкости. Затем раствор или жидкость удаляют, а поверхность облучают ультрафиолетовым светом (люминесцентный метод) или покрывают белой проявляющей краской (цветная дефектоскопия). В первом
случае дефекты начинают светиться, а во втором – проявляются на фоне
белой краски. С помощью этих методов выявляют поверхностные дефекты, главным образом трещины, в том числе в сварных соединениях
из немагнитных сталей, цветных металлов и сплавов.
В каждом конкретном случае способ и объемы контроля качества
сварного соединения выбираются в зависимости от назначения и степени
ответственности конструкции в соответствии с отраслевыми нормативными
документами, специальными техническими условиями или проектом.
Большое значение при выборе метода контроля имеет оценка его
возможностей.
Гамма- и рентгеновский контроль, контроль течеискателями требуют подхода к проверяемому изделию с двух сторон, а ультразвуковой,
3
Рис. 8.4. Ультразвуковой контроль сварных соединений:
1 – генератор; 2 – усилитель; 3 – экран прибора; 4 – сварной шов;
5 – искатель-приемник; 6 – начальный импульс; 7 – импульс
от дефекта; 8 – импульс от донной поверхности
4
5
Ультразвуковой контроль имеет определенные преимущества перед радиационными методами: высокую чувствительность (площадь
обнаруживаемого дефекта 0,2...2,5 мм2 при толщине металла до 10 мм
и 2...15 мм2 при больших толщинах), возможность контроля при одностороннем доступе к шву, высокую производительность, возможность
определения точных координат залегания дефекта, мобильность аппаратуры.
Основным методом УЗ-контроля является эхо-метод. Этим методом контролируют около 90 % всех сварных соединений толщиной более 4 мм.
На рис. 8.4 представлена принципиальная схема УЗ-контроля эхоимпульсным методом с совмещенной схемой включения искателя и приемника. Импульсный генератор 1 формирует короткие электрические
импульсы с длинными паузами. Искатель 5 преобразует эти импульсы
в ультразвуковые колебания. При встрече с дефектом волны от него отражаются, снова попадают на искатель и преобразуются в электрические колебания, поступающие на усилитель 2 и дальше на экран прибора 3.
Зондирующий импульс генератора 6 размещается в начале развертки,
импульс от донной поверхности 8 – в конце развертки, а импульс от дефекта 7 – между ними. В процессе контроля сварного соединения искатель перемещается зигзагообразно по основному металлу вдоль шва 4.
Для обеспечения акустического контакта поверхность изделия в месте
контроля обильно смазывают маслом (например, компрессорным).
К недостаткам метода следует отнести прежде всего низкую помехоустойчивость к наружным отражателям, резкую зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта.
Рис. 8.3. Схема прохождения магнитного потока в сварном соединении:
а – при отсутствии дефекта; б – при наличии дефекта; 1 – поле магнитного
рассеяния; 2 – дефекты шва
а
75
74
–
Ультразвуковой (эхо-метод)
0,1...0,3
–
Гамма-графический
Цветная дефектоскопия
–
Рентгенографический
Наименование метода
0,001...0,002
0,001...0,01
–
–
0,01...0,03
0,1...0,3
2…4 %
толщины
1...3 %
толщины
Таблица 8.1
Минимальные размеры
обнаруживаемых трещин, мм
Длина
Ширина
Глубина
Правильный выбор зон контроля облегчает разработку методики и
обнаружение дефектов.
В контролируемой зоне при ультразвуковом методе не должно быть
болтов, заклепок, отверстий и других отражателей ультразвуковых волн,
резких переходов от одного сечения к другому (при проверке поверхностными волнами).
Форма и размеры изделий также влияют на выбор метода контроля. Например, ультразвуковой метод из-за трудности расшифровки результатов нельзя применять для контроля деталей сложной формы. Большинство методов можно применять для контроля изделий любой формы
и размеров.
Практическая часть раздела состоит в освоении методики проведения ультразвукового контроля толщины металла изделий и качества
сварных соединений.
В процессе освоения методики проведения УЗ-контроля необходимо:
1) изучить по заводской инструкции разделы «Подготовка прибора к работе», «Порядок работы с ультразвуковым толщиномером “ВзлетУТ-М”» и «Порядок работы с ультразвуковым дефектоскопом УД 2-102»;
ких растворителей, для ультразвукового метода при контроле трещин – мелкозернистым по структуре и однородным, для магнитографического метода –
ферромагнитным и однородным по магнитным свойствам.
магнитографический и вакуумный контроль, а также цветная дефектоскопия – с одной стороны. Гамма- и рентгеновский контроль рекомендуются для обнаружения внутренних скрытых дефектов и дефектов закрытых деталей. Однако эти методы обладают относительно низкой чувствительностью к трещинам, имеют меньшую производительность и более
высокую стоимость по сравнению с ультразвуковым методом.
Ультразвуковой контроль целесообразно применять для выявления
внутренних скрытых дефектов, а также поверхностных трещин. Он может использоваться для контроля изделий из магнитных и немагнитных
материалов, обладающих свойствами упругости. Кроме того, например,
для контроля сварных швов большой толщины, выполненных электрошлаковой сваркой, и сварных соединений арматуры ЖБК ультразвуковая дефектоскопия является единственно приемлемым методом контроля.
Магнитографический метод контроля оправдывает себя при выявлении внутренних поверхностных и подповерхностных дефектов в виде
трещин, волосовин, неметаллических включений.
Цветная дефектоскопия применяется для обнаружения поверхностных открытых трещин, пор и коррозионных поражений при контроле
изделий из магнитных и немагнитных материалов.
Вакуумный контроль, пневматические и гидравлические испытания, керосиномеловую пробу используют для проверки плотности сварных швов.
При необходимости рассматриваются также потребность в электроэнергии, наглядность и документальность контроля, его производительность.
Важнейшими показателями метода контроля являются его чувствительность и разрешающая способность (табл 8.1).
Разрешающая способность контрольной аппаратуры характеризуется наименьшим расстоянием между двумя соседними минимальными
выявляемыми дефектами, для которых возможна их регистрация.
Характер выявленных дефектов предопределяет применение того
или иного метода контроля. Для обнаружения, например, поверхностных трещин из немагнитных материалов наиболее эффективной является цветная дефектоскопия.
Физические свойства материала свариваемых изделий по-своему влияют на выбор метода их контроля. В случае применения цветной дефектоскопии материал должен быть плотным и стойким к воздействию органичес-
76
1. Цель и задачи работы.
2. Перечислить разрушающие и неразрушающие методы контроля
качества сварных соединений и рациональные области применения (конспективно).
3. Привести принципиальную схему, описать основные этапы подготовки ультразвукового толщиномера «Взлет-УТ-М» и ультразвукового
дефектоскопа УД 2-102 «Пеленг» к работе.
4. Заполнить карту ультразвукового контроля сварного шва.
5. Сопоставить результаты исследования с требованиями нормативно-технической документации и сделать вывод о пригодности сварного
соединения к дальнейшей эксплуатации.
Содержание отчета
2) настроить аппарат на нужную чувствительность по эталонному
образцу с искусственными дефектами;
3) выявить на выданном натурном образце сварного соединения
дефекты и определить их координаты;
4) оформить результаты контроля в форме карты ультразвукового
контроля и сверить с требованиями нормативно-технической документации.
77
Цель лабораторной работы – изучение возможностей пассивного
феррозондового метода контроля для выявления экстремальных значений напряженности магнитного поля рассеяния Hp в предполагаемых
зонах концентрации напряжений (КН) на поверхности элементов металлических конструкций (МК) и сварных соединений.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) изучить пассивный феррозондовый метод контроля и его технологические возможности при определении локальных зон с экстремальными значениями магнитного параметра Hp;
2) ознакомиться с устройством и принципом работы прибора
ИКНМ-2ФП с двухканальным феррозондовым преобразователем;
3) изучить порядок работы и калибровки прибора;
4) освоить методику пассивного феррозондового контроля образцов из конструкционных сталей;
5) провести магнитное сканирование поверхности образцов до
и после введения искусственных дефектов: локальных намагничивания
и упрочнения (наклепа);
6) обработать, оформить и сравнить полученные результаты исследований.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – индикатор концентрации напряжений магнитометрический ИКНМ-2ФП с двухканальным феррозондовым преобразователем, постоянный магнит, молоток, наковальня, измерительная линейка, штангенциркуль;
материалы – сварные соединения из стали Ст3, образцы из конструкционных сталей 08пс, Ст3, 09Г2С, 10ХСНД;
справочная литература – паспорт прибора, выписка из инструкции по устройству и эксплуатации ИКНМ-2ФП, ГОСТы, плакаты, нормативно-техническая документация, ведомость дефектов.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКОЙ
ПРЕДЫСТОРИИ МЕТАЛЛА ПАССИВНЫМ
ФЕРРОЗОНДОВЫМ МЕТОДОМ КОНТРОЛЯ
Лабораторная работа № 9
79
78
3. Устройство и принцип действия прибора ИКНМ-2ФП
Реализация пассивного феррозондового метода контроля осуществляется прибором ИКНМ-2ФП с двухканальным феррозондовым преобразователем, который представлен на рис. 9.1.
Конструктивно прибор состоит из измерительного блока с аккумуляторами, феррозондового преобразователя и соединительного кабеля.
печивать возможность получения в их центре значений напряженности
магнитного поля не менее 30 000 А/м. При реализации способа остаточной намагниченности контролируются изделия из материалов с высоким значением коэрцитивной силы, большей или равной 1280 А/м, и остаточной индукцией, большей или равной 0,53 Т.
Отличительной особенностью используемого в данной работе феррозондового метода в так называемом «пассивном варианте» является
то, что он позволяет осуществлять контроль по способу остаточной намагниченности без предварительного намагничивания и подготовки поверхности контроля, являясь с этой точки зрения достаточно привлекательным. Применяемый метод реализует магнитомеханическое явление,
включающее магнитоупругий эффект при упругой деформации и магнитомеханический гистерезис при пластической деформации, и позволяет
измерять напряженность магнитных полей рассеяния, возникающих
на поверхности элементов конструкций в условиях естественного намагничивания в слабом магнитном поле Земли (область Рэлея) в процессе
их изготовления и эксплуатации.
Однако на результаты пассивного феррозондового контроля значительное влияние может оказать магнитная и механическая предыстория
металла. Так как предыстория реальных элементов МК и сварных соединений чаще всего неконтролируема, то и неизвестна их магнитная и механическая предыстория. Однако в процессе изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации МК могут подвергаться как механическим воздействиям, так и воздействиям различных по природе происхождения магнитных полей, что может сказаться на результатах магнитного
контроля в процессе диагностики технического состояния конструкций.
Учитывая вышесказанное, оценка и исключение влияния магнитомеханической предыстории образцов на результаты пассивного феррозондового контроля является весьма важной и первоочередной (предварительной) операцией.
Пассивный феррозондовый метод является разновидностью феррозондового метода контроля (ГОСТ 21104–75 «Контроль неразрушающий. Феррозондовый метод»), который основан на выявлении феррозондовым преобразователем магнитного поля рассеяния дефекта в намагниченных изделиях и преобразовании его в электрический сигнал.
Этот метод имеет существенные недостатки. Контроль способом остаточной намагниченности феррозондовым методом заключается в намагничивании изделия и регистрации напряженности магнитных полей рассеяния преобразователем после снятия намагничивающего поля. При этом
активное предварительное намагничивание изделия должно осуществляться переменным током, а для контроля крупногабаритных и сложной
формы изделий – применяться только локальное намагничивание; соленоиды, применяемые при феррозондовом методе контроля, должны обес-
2. Пассивный феррозондовый метод контроля
При неразрушающих испытаниях оценивают те или иные физические свойства, косвенно характеризующие прочность или надежность сварного соединения. Неразрушающие методы (ими проверяется более 80 %
сварных соединений) применяют, как правило, после изготовления изделия для обнаружения в нем дефектов. К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений относятся: внешний осмотр, радиационный, ультразвуковой и магнитный контроль, контроль на непроницаемость и ряд других методов, имеющих ограниченное применение.
При диагностировании технического состояния сварных металлических конструкций область применения классических методов контроля сводится, в основном, к поиску уже развитых дефектов и уточнению
их размеров (параметров). В то же время основными источниками повреждений в металлических конструкциях, приводящих к авариям, являются зоны концентрации напряжений (КН), которые возникают в процессе изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций. Поэтому определение зон КН является одной из важнейших задач при диагностике
технического состояния МК. Одним из перспективных методов выявления зон КН и определения действующих внутренних напряжений в наиболее опасных из них является феррозондовый метод контроля (в пассивном варианте).
1. Выбор методов неразрушающего контроля сварных
соединений и элементов МК и оборудования
Катушка возбуждения
Приемная катушка
Блок
Основная относительная погрешность измерения, %
Дополнительная абсолютная погрешность измерения,
А/м
Количество каналов измерения величины НР
Время одного измерения, мкс
Время непрерывной работы прибора от двух
аккумуляторов 1300 мА·ч, ч
Номинальное напряжение питания, В
Рабочий температурный диапазон, °С
Диапазон относительной влажности, %
Габаритные размеры, мм:
прибора
датчиков
длина кабеля «датчик-прибор»
Вес с аккумуляторами, кг
2
120×60×25
5×5×30
1500
0,25
2,4
–20…+60
45…80
8
2
10
5
5
±1999
Показатели
установить необходимое калибровочное магнитное поле, соответствующее магнитному полю Земли (по умолчанию для средней полосы
России равно 40 А/м). При этом на экране индуцируется информация
Н1 ;
установить датчик прибора зондом 1 вверх (поле «+») и нажать
клавишу ВВОД. Далее на экране индуцируется информация Н1 ;
81
80
Порядок проведения калибровки прибора следующий:
установить индикатор режима работы прибора в состояние
П – полемер;
нажать клавишу КАЛИБР, при этом прибор переходит в режим
11
10
7
8
9
6
4
5
3
Диапазон измерения величины Н р , А/м
Характеристика
1
№
п/п
Таблица 9.1
дикатор режима работы П или Г (полемер или градиентометр соответственно), а также индикатор состояния батарей питания;
выдержать прибор во включенном состоянии («прогрев») в течение 15 мин;
провести калибровку прибора.
При подготовке к проведению измерений необходимо:
подключить феррозондовый преобразователь к измерительному
блоку;
включить прибор, нажав на клавишу ВКЛ. При этом на экране
прибора должны загореться цифровые индикаторы измерения поля, ин-
4. Порядок работы и калибровка прибора
Рис. 9.1. Внешний вид прибора ИКНМ-2ФП (а) и схемы феррозондового
преобразователя (б, в)
Каркас
Сердечник
Прибор малогабаритен, имеет автономное питание, прост в работе и настройке, позволяет проводить измерения в труднодоступных местах.
Принцип действия прибора основан на регистрации напряженности магнитного поля рассеяния Hp на контролируемой поверхности объекта при
его намагничивании в слабом магнитном поле Земли (область Рэлея)
и выявлении аномального поведения магнитного поля рассеяния в зонах
концентрации напряжений. ИКНМ-2ФП имеет цифровую и звуковую
индикацию измеряемых данных с возможностью их регистрации в блоке памяти (запись до 1000 измерений). Датчик прибора имеет два феррозонда, расположенных на одной оси с изменяющимся базовым расстоянием между ними. Технические характеристики прибора приведены
в табл. 1.
82
Магнитный контроль поверхности объекта проводят непрерывным
или точечным сканированием с помощью феррозондового преобразователя, который располагают перпендикулярно поверхности образца. Особое внимание при сканировании уделяется тем зонам, в которых значения
напряженности магнитного поля рассеяния Hp отличаются от средних
как в большую, так и в меньшую сторону. Выявленные зоны с экстремальными значениями Hp соответствуют предполагаемым зонам концентрации напряжений.
Практическая часть работы состоит в освоении методики проведения пассивного феррозондового контроля сварных соединений
и элементов МК и оборудования.
В процессе освоения методики проведения магнитного контроля
необходимо:
1) изучить разделы «Порядок работы и калибровка прибора» и «Проведение пассивного феррозондового контроля»;
2) подключить феррозондовый преобразователь к измерительному
блоку;
3) включить прибор и провести его калибровку;
4) на лабораторных образцах, выданных учебным мастером или
преподавателем, провести сканирование поверхности контроля и отметить (карандашом, мелом) зоны с аномальными значениями (положительными и отрицательными, минимальными и максимальными) магнитного параметра Hp;
5) на одном из образцов в разных зонах контроля нанести магнитную и механическую метки с помощью постоянного магнита и молотка
соответственно;
6) в зонах с введенными искусственными дефектами провести повторный магнитный контроль и сравнить полученные значения Hp с исходными.
5. Проведение пассивного феррозондового контроля
установить датчик зондом 1 вниз (поле «–») и нажать клавишу
ВВОД. Калибровка окончена;
в случае необходимости выход из режима калибровки обеспечивается нажатием клавиши ОТМЕНА.
83
1. Цель и задачи работы.
2. Привести схемы феррозондового преобразователя.
3. Кратко описать методику пассивного феррозондового контроля.
4. Сопоставить результаты магнитных исследований до и после
нанесения магнитной и механической меток, а также сравнить их с отмеченными максимальными и минимальными значениями Hp на поверхности образцов.
5. Сделать выводы по результатам измерений.
Содержание отчета
84
Цель лабораторной работы – изучение возможностей пассивного
феррозондового метода контроля элементов МК и сварных соединений
без удаления защитного немагнитного покрытия и установление зависимости величины напряженности магнитного поля рассеяния Hp от его
толщины.
При выполнении лабораторной работы необходимо:
1) ознакомиться с устройством и принципом работы прибора
ИКНМ-2ФП (индикатор концентрации напряжений магнитометрический)
с двухканальным феррозондовым преобразователем и правилами его
эксплуатации;
2) изучить порядок работы и калибровки прибора;
3) освоить методику пассивного феррозондового контроля поверхности металла в зонах контроля при наличии на ней немагнитного защитного покрытия;
4) провести исследования по выявлению характера изменения напряженности магнитного поля рассеяния Hp с увеличением толщины
немагнитного защитного покрытия;
5) обработать, оформить и сравнить полученные результаты исследований.
Оснащение участка лабораторной работы:
оборудование – индикатор концентрации напряжений магнитометрический ИКНМ-2ФП с двухканальным феррозондовым преобразователем, измерительная линейка, штангенциркуль, штатив;
материалы – образцы из конструкционных сталей 08пс, Ст3,
09Г2С, 10ХСНД, набор фрагментов немагнитного материала различной
толщины (оргстекло);
справочная литература – паспорт прибора, выписки из инструкции по устройству и эксплуатации ИКНМ-2ФП, ГОСТы, плакаты, нормативно-техническая документация.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОЛЩИНЫ ЗАЩИТНОГО
НЕМАГНИТНОГО ПОКРЫТИЯ МК НА РЕЗУЛЬТАТЫ
ПАССИВНОГО ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ
Лабораторная работа № 10
85
Пассивная защита элементов МК и сварных соединений предполагает применение антикоррозионных покрытий, снижающих вероятность
возникновения и развития коррозионных процессов. При диагностике
технического состояния металлоконструкций классические методы контроля требуют предварительной подготовки поверхности, что предусматривает удаление защитного покрытия.
По виду материалов защитные покрытия металлических конструкций могут быть классифицированы как лакокрасочные, металлические,
оксидные, изоляционные. Возможны также комбинации различных видов покрытий.
Лакокрасочные покрытия в зависимости от вида пигмента обеспечивают барьерную, комбинированную или протекторную (электрохимическую) защиту стали.
В настоящие время из всех видов покрытий наиболее распространенными, доступными и достаточно эффективными являются лакокрасочные. Для защиты строительных конструкций от коррозии рекомендуют более 70 различных марок лакокрасочных материалов.
Выбор состава покрытий является технико-экономической задачей,
при решении которой учитываются стоимость защитного покрытия, его
долговечность, трудоемкость нанесения и другие факторы. Долговечность
защитного покрытия в условиях производственной среды устанавливают обычно из опыта эксплуатации покрытий в аналогичных средах или
экспериментальным путем.
Покрытия могут быть полимерными заводского назначения (толщиной 3...5 мм), битумными (толщиной 3...5 мм), полимерными лентами
(толщиной, в зависимости от числа слоев ленты, 1...3 мм). На надземных
технологических трубопроводах обвязки компрессорных станций применяются виброшумоизоляционные покрытия, включающие холст, полимерно-битумную мастику, алюминиевый лист и т. д. (суммарной толщиной 8...30 мм).
Удаление покрытия для проведения исследований требует его восстановления после окончания работы, что связано с привлечением материальных и трудовых затрат. Поэтому возникает необходимость оценки
возможности использования неразрушающих методов контроля элементов конструкций и сварных соединений без удаления немагнитного защитного покрытия. На рис. 10.1 показан один из примеров оценки влия-
1. Защитные покрытия элементов МК
–
–
–
–
–
–
86
Практическая часть работы состоит в освоении методики проведения пассивного феррозондового контроля сварных соединений
и элементов МК,а также оборудования в выявлении характера изменения напряженности магнитного поля рассеяния Hp с увеличением толщины немагнитного защитного покрытия.
В процессе исследования необходимо:
1) изучить разделы 2–5 лабораторной работы № 9;
Рис. 10.1. Изменение напряженности магнитного поля рассеяния Hp с увеличением толщины немагнитного защитного покрытия для стали 09Г2С в состоянии поставки при различных исходных значениях Hp
–
–
–
–
–
–
Нр, А/м
ния толщины немагнитного защитного покрытия на изменение величины напряженности магнитного поля рассеяния при проведении пассивного феррозондового контроля.
Пассивный феррозондовый метод контроля и его отличительные
особенности, устройство и принцип действия прибора ИКНМ-2ФП, порядок работы и калибровка прибора, проведение пассивного феррозондового контроля рассмотрены в лабораторной работе № 9 в разделах 2–5.
Относительное изменение
значений Hp, %
1 зона
2 зона
Напряженность магнитного
поля рассеяния Hp, А/м
1 зона
2 зона
87
7) вычислить относительное изменение значений Hp в процентах.
Достоверность измерения магнитного параметра Hp оправдана при изменении исходных значений Hp не более чем на 20 %;
8) построить график зависимости Hp (t);
9) сделать выводы о максимально допустимой толщине немагнитного защитного покрытия, при которой возможно получение достоверных результатов при проведении пассивного феррозондового контроля.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
t, мм
Толщина
покрытия
2) подключить феррозондовый преобразователь к измерительному
блоку;
3) включить прибор и провести его калибровку;
4) на лабораторных образцах, выданных учебным мастером или
преподавателем, провести сканирование поверхности контроля и отметить (карандашом, мелом) зоны с аномальными значениями (положительными и отрицательными, минимальными и максимальными) магнитного параметра Hp;
5) на одном из образцов выбрать зону контроля с максимальным
(по модулю) экстремальным значением Hp. Провести исследование изменения значения магнитного параметра Hp при ступенчатом увеличении величины зазора (от 0 до 10 мм через 1 мм) между образцом в зоне
контроля и феррозондовым преобразователем путем введения между
ними пластинок оргстекла;
6) результаты исследований внести в таблицу;
ПРЕДИСЛОВИЕ .......................................................................................................3
Лабораторная работа № 1. РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА .................................4
Лабораторная работа № 2. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА ........13
Лабораторная работа № 3. ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ ......22
Лабораторная работа № 4. КОНТАКТНАЯ СВАРКА .......................................29
Лабораторная работа № 5. СВАРКА АРМАТУРНЫХ СТАЛЕЙ ПРИ
МОНТАЖЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ..................................38
Лабораторная работа № 6. ГАЗОВАЯ СВАРКА ..................................................48
Лабораторная работа № 7. ДЕФЕКТЫ СВАРНЫХ ШВОВ .............................59
Лабораторная работа № 8. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ................................................................................67
Лабораторная работа № 9. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ
МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПРЕДЫСТОРИИ МЕТАЛЛА
ПАССИВНЫМ ФЕРРОЗОНДОВЫМ МЕТОДОМ КОНТРОЛЯ ..................77
Лабораторная работа № 10. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОЛЩИНЫ
ЗАЩИТНОГО НЕМАГНИТНОГО ПОКРЫТИЯ МК НА РЕЗУЛЬТАТЫ
ПАССИВНОГО ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ ......................................84
89
88
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Цель и задачи работы.
2. Краткая характеристика немагнитных защитных покрытий металлических конструкций и оборудования.
3. Схемы феррозондового преобразователя.
4. Методика пассивного феррозондового контроля.
5. Таблица значений Hp по результатам измерений и графическое
представление зависимости Hp (t).
6. Сделать выводы по работе и указать максимально допустимую
толщину немагнитного защитного покрытия при проведении пассивного феррозондового контроля.
Содержание отчета
90
Подписано к печати 19.10.09. Формат 60 84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 5,2. Уч.-изд. л. 5,6. Тираж 1000 экз. Заказ 110. «С» 52.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт–Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.
Редактор О. Д. Камнева
Корректор А. Г. Лавров
Компьютерная верстка И. А. Яблоковой
Учебное пособие
СВАРКА
Часть II
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Гордиенко Валерий Евгеньевич
Гордиенко Евгений Григорьевич
Степанов Сергей Александрович
Кнышев Юрий Владимирович
Жигарь Людмила Ивановна
Овчинников Николай Владимирович
Учебное издание
91
ДЛЯ ЗАПИСЕЙ
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 436 Кб
Теги
tehno, konst, mat2, gordienko
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа