Возникновение и развитие сварки

Особенности сварки в среде углекислого газа.

Углекислый газ является активным газом. При высоких температурах происходит диссоциация (разложение) его с образованием свободного кислорода:

2СО2 -- 2СО + О2

Молекулярный кислород под действием высокой температуря сварочной дуги диссоциирует на атомарный по формуле:

О2 -- 2О

Атомарный кислород, являясь очень активным, вступает в реакцию с железом и примесями, находящимися в стали, по следующим уравнениям:

Fe + O =FeO,

C + O =CO,

Mn + O =MnO,

Si + 2O = SiО2.

Чтобы подавит реакцию окисления углерода и железа при сварке в углекислом газе, в сварочную ванну вводят раскислители (марганец и кремний), которые тормозят реакции окисления и восстанавливают окислы по уровням:

FeO + Mn = MnO + Fe,

2FeO + Si = SiО2 + 2Fe и т.д.

Образующиеся окислы кремния и марганца переходят в шлак.

Исходя из этого при сварке в углекислом газе малоуглеродистых и низкоуглеродистых сталей необходимо применять кремний-марганцовистые проволоки, а для сварки легированных сталей - специальные проволоки.



Сварочные проволоки для сварки малоуглеродистых и легированных сталей
Свариваемый металл	Марки сварочной проволоки
Малоуглеродистые стали	Св-08ГС, Св-08Г2С,
Теплоустойчивые стали 15ХМА, 20ХМА	Св-08ХГ2СМ
Низколегированные стали	Св-08Г2С, Св-18ХГСА, Св-18ХМА
Сталь15Х1М1Ф	Св-08ХГСМФ
Сталь1Х13	Св-08Х14ГТ, Св-10Х17Т
СтальХ18Н9Т	Св-06Х19Н9Т, Св-07Х18Н9ТЮ
Сталь 20ХМФЛ	Св-08ХГСМФ

Подготовка металла под сварку состоит в следующем. Чтобы в наплавленном металле не было пор, кромки сварных соединений необходимо зачищать от ржавчины, грязи, масла и влаги на ширину до 30мм по обе стороны от зазора. В зависимости от степени загрязнения зачищать кромки можно протиркой ветошью, зачисткой стальной щёткой, опескоструиванием, а также обезжириванием с последующим травлением. Следует заметить, что окалина почти не влияет на качество сварного шва, поэтому детали после газовой резки могут свариваться сразу после зачистки шлака.

Разделывают кромки под сварку так же, как и при полуавтоматической сварке под слоем флюса.

Выбор режимов сварки в среде углекислого газа.

К параметрам режима сварки в углекислом газе относятся: род тока и полярность, диаметр электродной проволоки, сила сварочного тока, напряжение дуги, скорость подачи проволоки, вылет электрода, расход углекислого газа, наклон электрода относительно шва и скорость сварки.

При сварке в углекислом газе обычно применяют постоянный ток обратной полярности, так как сварка током прямой полярности приводит к неустойчивому горению дуги. Переменный ток можно применять только с осциллятором, однако в большинстве случаев рекомендуется применять постоянный ток.

Диаметр электродной проволоки следует выбирать в зависимости от толщины свариваемого металла.

Рекомендуемые диаметры электродной проволоки при сварке стыковых швов в нижнем положении, мм
Толщина свариваемого металла	Рекомендуемый диаметр электродной проволоки
0,6 - 1,0	0,5 - 0,8
1,2 - 2,0	0,8 - 1,0
3,0 - 4,0	1,0 - 1,2
5,0 - 8,0	1,6 - 2,0
9,0 - 12,0	2,0
13 - 18,0	2,0 -2,5

Сварочный ток устанавливается в зависимости от выбранного диаметра электродной проволоки.



Рекомендуемые величины сварочного тока в зависимости от диаметра электродной проволоки
Показатели	Диаметр электродной проволоки, мм
	0,5	0,8	1	1,2	1,6	2	2,5
Рекомендуемые пределы величины тока, а...	30-60	50-100	70-120	90-150	140-300	200-500	300-700
Плотность тока, а/мм2	150	100	85	80	70	65	60

С увеличением силы сварочного тока увеличивается глубина провара и повышается производительность процесса сварки.

Напряжение дуги зависит от длины дуги. Чем длиннее дуга, тем больше напряжения на ней. С увеличением напряжения дуги увеличивается ширина шва и уменьшается глубина его провара. Устанавливается напряжение дуги в зависимости от выбранной силы сварочного тока.

Скорость подачи электродной проволоки подбирают с таким расчётом, чтобы обеспечивалось устойчивое горение дуги при выбранном напряжении на ней.

Вылетом электрода называется длина отрезка электрода между его концом и выходом его из мундштука. Величина вылета оказывает большое влияние на устойчивость процесса сварки и качества сварного шва. С увеличением вылета ухудшается устойчивость горения дуги и формирования шва, а также увеличивается разбрызгивание. При сварке с очень малым вылетом затрудняется наблюдение за процессом сварки и часто подгорает контактный наконечник. Величину вылета рекомендуется выбирать в зависимости от диаметра электродной проволоки.



Рекомендуемые значения вылета электродной проволоки
Диаметр электродной проволоки, мм	0,8	1	1,2	1,6	2	2,5
Вылет электрода, мм	6- 12	7 -13	8 -15	13-20	15-25	15-30

Кроме вылета электрода, необходимо выдерживать определённое расстояние от сопла горелки до изделия, так как с увеличением этого расстояния возможно попадание кислорода и азота воздуха в наплавленный металл и образования пор в шве. Величину расстояния от сопла горелки до изделия следует выдерживать в приведенных значениях.

Рекомендуемые расстояния от сопла горелки до изделия
Диаметр электродной проволоки, мм	0,5; 0,8	1,0; 1,2	1,6; 2,0	2,5; 3,0
Расстояние от сопла горелки до изделия	5-15	8-18	15-25	20-40

Расход углекислого газа определяют в зависимости от силы тока, скорости сварки, типа соединения и вылета электрода. В среднем газа расходуется от 5 до 20 л/мин.

Наклон электрода относительно шва оказывает большое влияние на глубину провара и качество шва. В зависимости от угла наклона сварку можно производить углом назад и углом вперёд.

При сварке углом назад в пределах 5 - 10о улучшается видимость зоны сварки, повышается глубина провара и наплавленный металл получается боле плотным.

При сварке углом вперёд труднее наблюдать за формированием шва, но лучше наблюдать за свариваемыми кромками и направлять электрод точно по зазорам. Ширина валика при этом возрастает, а глубина провара уменьшается. Этот способ рекомендуется применять при сварке тонкого металла, где существует опасность сквозного прожога.

Скорость сварки устанавливается самим сварщиком в зависимости от толщины металла и необходимой площади поперечного сечения шва. При слишком большой скорости сварки конец электрода может выйти из-под зоны защиты газом и окислиться на воздухе.

Основные требования безопасности труда при полуавтоматической сварке.

1. Перед пуском сварочного полуавтомата необходимо проверить исправность пускового устройства (рубильника, кнопочного выключателя).

2. Корпуса источника питания дуги и аппаратного ящика должны быть заземлены.

3. При включении полуавтомата первоначально следует включить рубильник ( магнитный пускатель), а затем - аппаратный ящик. При выключении - наоборот.

4. Шланги для защитного газа и водяного охлаждения у полуавтомата в местах соединения со штуцерами не должны пропускать газ и воду.

5. Опираться или садиться на источник питания дуги и аппаратный ящик запрещается.

6. При работе открытой дугой на расстоянии менее 10м необходимо ограждать места сварки или пользоваться защитными очками.

7. Намотку сварочной проволоки с бухты на кассету нужно производить только после специального инструктажа.

8. По окончании работы выключить ток, газ, воду.

9. О замеченных неисправностях в работе оборудования необходимо доложить мастеру цеха и без его указания к работе не приступать.

10.Устранять неисправности полуавтоматах самому сварщику запрещается.

Сварка трубных конструкций.

Номенклатура и сортамент труб и фасонных частей.

Сварные трубы, применяемые при прокладке магистральных и производственных (так называемых технологических) трубопроводов, изготовляются с наружным диаметром от 6 до 1400мм при толщине стенки от 0,3 до 25мм.

В зависимости от назначения и условий работы к трубам и их соединениям предъявляют определённые требования, установленные ГОСТом или специальными техническими условиями.

В настоящее время наша промышленность выпускает сварные и бесшовные (цельнокатаные) трубы. При этом производство электросварных труб как наиболее производительное и экономичное непрерывно возрастает. Сварные трубы изготовляют, как правило, по ГОСТ 4015-58.

Электросварные трубы выпускают с прямым продольным сварным швом или со спиральным швом.

Трубы с прямым продольным швом изготовляют из листовой стали. Горячекатаные листы правят в обычных валковых правильных машинах. Затем на специальных дробеструйных установках зачищают свариваемые кромки от ржавчины и окалины на ширину 30-50мм. Разделку кромок под сварку производят на кромкострогальных станках. При этом скашивают кромки так, чтобы после формовки образовался угол разделки в пределах от 30 до 60о в зависимости от толщины заготовки. При двухстороннем сварном шве угол внутренней разделки несколько больше угла наружной разделки, а притупление кромок составляет 3-5мм.

Формовку листов под сварку производят на листозагибочных вальцах и прессах. Затем заготовку подают к сварочному стану. Сварку можно производить либо автоматически под флюсом, либо электроконтактной сваркой сопротивлением или оплавлением. Чаще всего применяют стан автоматической сварки под флюсом, который имеет устройство для сближения кромок заготовки и подачи ей под сварку, сварочную головку в устройство для подачи флюса в разделку шва и отсоса неиспользованного флюса. При сварке тонкостенных труб часто применяют прессовую сварку с индукционным нагревом свариваемых кромок заготовки.

Трубы со спирально-сварным швом изготовляют из узкого листа при диаметре труб до 1200мм. Это имеет большое экономическое значение, так как снижает себестоимость производства труб.

Важным преимуществом спирально-сварных труб являются высокие механические свойства, позволяющие изготовлять трубы из боле тонкой листовой заготовки. При этом экономия металла по сравнения с прямошовными трубами достигает 30-35%.

Трубы, используемые для магистралей, работающих под давлением до 25 атм (2532,5кн/м2), изготовляют из мартеновских сталей МСт.2, МСт.3 и МСт.4.

Для магистральных газовых и нефтяных трубопроводов применяют трубы из низколегированных сталей марок 14ГН, 14ХГН, 14ХГС, 15ХГН, 19Г и МК. Эти стали обладают пределом прочности до 50кг/мм2 при относительном удлинении 18-20% и ударной вязкости при 40оС до 3Кг х м/см2.

Сортаментом предусмотрены наружные диаметры труб (529, 630, 720, 820 и 1020мм) и толщина стенки (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14мм).

Цельнокатаные трубы также изготовляют из малоуглеродистой мартеновской стали марок МСт.3 и МСт.4 с пределом прочности 35-55кГ/мм2 и относительным удлинением 20-25%. Сортаментом предусмотрены наружные диаметры (168, 219, 273, 325, 377 и 426мм) и толщина стенки (4,5-12мм).

Магистральные трубопроводы нефтяных заводов, работающие при высоких и низких температурах, а также трубопроводы для транспортирования жидких и газовых агрессивных веществ монтируют, как правило, из цельнокатаных труб. Их изготавливают из легированных жаропрочных и нержавеющих сталей.

Наиболее часто применяют стали 10Г2, 12МХ, 15ХМ, 12Х1МФ, Х5, Х5ВФ, 12Х5М, 30ХМ, ЭИ-578, 1Х19Н9Т, Х18Н12Н2Т, Х17, Х28.

Для магистральных трубопроводов и трубопроводов нефтезаводов, предназначенных для сред, вызывающих коррозию, применяют трубы из алюминия и его сплавов. Для этих труб ГОСТ 1947-56 устанавливает сортамент, предусматривающий наружные диаметры (120, 150, 180, 200, 220, 250, 280мм) и толщину стенки (10, 15, 20, 25, 30мм).

Сборку магистральных и особенно заводских производственных трубопроводов производят с помощью штампованных, гнутых или сварных фасонных частей различного назначения. Фасонные части применяют для углов поворота, участков ответвления, обвязки различных аппаратов, насосов и других устройств.

При монтаже труб диаметром до 529мм применяют крутоизогнутые угольники, двойники, тройники и переходы, изготавливаемые из стали 20 путём протяжки или штамповки. Для коррозийностойких трубопроводов фасонные части изготовляют из стали 12Х5МА и 1Х18Н9Т. крутоизогнутые угольники выпускают с наружным диаметром от 48 до 529мм при толщине стенок от 4,5 до 12мм и средним радиусе от 80 до 500 мм. Большое применение получают сварные фасонные части. При этом к качеству сварки предъявляют высокие требования, особенно при монтаже трубопроводов высокого давления.

Подготовка труб к сварке.

При монтаже магистральных и производственных (технологических) трубопроводов основным способом соединения труб является сварка. При этом сварку трубопроводов, работающих при давлении более 0,7 атм (71кн/м2), производят с соблюдением правил Гостехнадзора. Согласно этим правилам к сварке трубопроводов допускаются сварщики, прошедшие специальную подготовку и имеющие соответствующие удостоверения. Сварку разрешается производить при температуре окружающего воздуха и ниже -20оС, так как при более низких температурах происходит интенсивное насыщение расплавленного металла шва газами (особенно кислородом и водородом). Это вызывает значительную пористость и снижает механическую прочность сварного шва. Трубы из легированных сталей разрешается сваривать при температуре не ниже - 10оС. Так как эти стали склонны закаливаться на воздухе с образованием закалочных трещин, иногда выходящих за границы сварного шва. Рабочее место сварщика должно быть защищено от ветра, дождя и снега.

На качество сварного соединения существенно влияет подготовка кромок труб к сварке и качество сборки стыков.

Основным типом сварного соединения труб является V-образное или чашеобразное стыковое соединение.

Подготовка труб к сварке включает правку свариваемых концов, очистку кромок от грязи, масла и окислов и сборку под сварку.

Для правки свариваемых концов труб применяют различные приспособления механического, гидравлического и пневматического типа. Большое распространение получили расширители, состоящие из гидравлического домкрата с радиальными колодками, вставляемыми во внутрь трубы. С помощью ручного насоса повышают давление в цилиндре домкрата, в результате чего колодки раздвигаются и, упираясь в стенки трубы, выпрямляют их. Максимальное усилие достигает 80кГ (784н), а правка трубы занимает 4-6 мин.

Кромки труб, как правило, обрабатывают на заводах-изготовителях со снятием фаски под сварку. Обычно угол скоса составляет 25-30о. при отсутствии скоса кромок необходимо снять фаску на стенке резцом или резаком-труборезом. В полевых условиях получили большое применение специальные трубообрезные приспособления Киевского экспериментально-механического завода.

Очистку свариваемых кромок производят следующим образом. Масло, праймер и органические покрытия удаляют бензином или специальным растворителем от грязи и ржавчины очищают с помощью стальных щёток или абразивных кругов.

Важным элементом подготовки труб является сборка стыков под сварку. Сборка под сварку заключается в совмещении кромок труб так, чтобы совпадали поверхности свариваемых труб и чтобы не была нарушена ось нитки трубопровода. При этом зазор между кромками должен быть одинаковый по всему контуру свариваемого шва.

Сборка и центровка может быть выполнена вручную, но такой способ очень трудоёмкий и не даёт требуемой степени точности. В настоящее время в практике применяют специальные приспособления, называемые центраторами. Для сборки стыков магистральных труб большого диаметра применяют внутренние центраторы, которые базируют сборку по наружной поверхности труб и поэтому более просты по конструкции. Однако при большой разностенности труб и их эластичности наружный центратор не обеспечивает должного качества сборки.

После сборки прихватывают стыки сварными швами длиной 60-80мм с расстоянием между прихватками от 300 до 400мм при диаметре трубы более 300мм. Прихватки выполняют аккуратно и такими же электродами, какими будет заварен стык; это обеспечивает однородность наплавленного металла и хорошее качество шва.

При сборке внутренним центратором можно рекомендовать вместо прихватки сплошную заварку корня шва в виде первого слоя. Это особенно желательно при низких температурах окружающего воздуха, вызывающих большие внутренние напряжения и образование закалочных структур и трещин в металле шва.

Способы и режимы сварки труб (трубопроводов).

Страницы: 1, 2, 3