Книги

Основы теории сварки и резки металлов. Учебник

Овчинников В.В.

Возрастное ограничение:

12+

Жанр:

Наука

Издательство:

Проспект

Дата размещения:

05.11.2013

ISBN:

9785392132829

Язык:

Объем текста:

192 стр.

Формат:

epub

ГЛАВА 1. ПРОЦЕССЫ СВАРКИ

1.1. Определение сварки

В технике при изготовлении машин и механизмов широко используются различные виды соединений деталей.

Одни детали соединяют так, чтобы их можно было разобрать и собрать вновь. Такие соединения называются разъемными. В разъемных соединениях помимо соединяемых деталей присутствует соединяющий элемент — болт, винт, штифт. Для разборки разъемных соединений достаточно удалить соединяющий элемент. Целостность соединяемых деталей при этом не нарушается.

В ряде случаев детали соединяют с возможностью перемещаться относительно друг друга в определенном направлении. Такие соединения называются подвижными. Примером подвижного соединения может служить соединение зубчатых колес.

Другие детали соединяют «раз и навсегда», т.е. неразъемные соединения. Такие соединения получают запрессовкой одной детали в другую, сваркой, пайкой, клепкой и склеиванием. При разрушении такого соединения, как правило, нарушается целостность входящих в него деталей.

Среди неразъемных соединений выделяются монолитные (сплошные) соединения (получаемые, например, сваркой) и немонолитные (заклепочные).

В ГОСТ 2601—84 дается следующее определение сварки: сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании.

При этом материал соединения (сварной шов) имеет те же физические и механические свойства, что и соединяемые детали.

Сваркой соединяют детали из металлов, керамических материалов, пластмасс, стекла и т.п. В настоящее время разработано более 60 способов сварки.

1.2. Сущность и условия образования соединения

Если кусок металла хорошо отполировать и протравить определенным реактивом (например, кислотой), а потом рассмотреть под микроскопом, то можно увидеть картину, изображенную на рис. 1.1.

Оказывается, перед нами не сплошное монолитное тело, а кусок, состоящий из отдельных частиц — зерен. Каждое такое зерно состоит из миллионов атомов, которые располагаются в строго определенном порядке и на определенном расстоянии друг от друга. Такое строение атомов называется кристаллическим. Таким образом, металл представляет собой кристаллическое тело. Из общей физики известно, что кристаллы образуют не только металлы, но и многие вещества, встречающиеся в природе или созданные человеком. Из пересыщенного водного раствора выпадают кристаллики соли или сахара; красивые снежинки, падающие на землю зимой, — это тоже кристаллические тела.

Рис. 1.1. Вид поверхности металла под микроскопом

Но металлические кристаллы обладают удивительными свойствами, которых не имеют другие вещества. С помощью рентгеновских лучей измерили расстояния между атомами в металлических и неметаллических кристаллах. И оказалось, что в металлах расстояние между атомами очень мало. Оно измеряется в ангстремах (1 = 10—7 мм). В металлах расстояние между атомами колеблется в пределах 2—4 . Расстояние это настолько мало, что внешние валентные электроны движутся не только вокруг своего ядра, а начинают перескакивать на орбиты соседних ядер. Это явление, характерное только для металлов, назвали «коллективизацией электронов». Внешние валентные электроны из-за малого расстояния между атомами свободно переходят от одного атома к другому, теряют своего «хозяина» и становятся общими для всех атомов (а вернее, положительно заряженных ионов) данного металла. Эти электроны называются свободными — они-то и обеспечивают высокую электро- и теплопроводность металлов. Такое строение металлов обусловливает их высокую пластичность (металлам с помощью ковки можно придавать любую форму) и высокие механические свойства (сверхчистые металлы, изготовленные особым способом, имеют прочность до 10 000 МПа). Взаимодействие между атомами в металлических телах, характеризуемое коллективизацией электронов, называется металлической связью.

Что же удерживает атомы на определенном расстоянии друг от друга?

Известно, что разноименно заряженные частицы притягиваются друг к другу, а одноименно заряженные — отталкиваются. Так как атомы в металлах «отдают» свои внешние электроны в общий «коллектив», то они теряют свою нейтральность и превращаются в положительно заряженные ионы, вокруг которых непрерывно движутся электроны. На эти положительные ионы действуют силы отталкивания и притяжения. Два соседних иона отталкиваются друг от друга как одноименно заряженные частицы. А когда между ними «пробегает» отрицательно заряженный электрон, они притягиваются к нему, электрон как бы «стягивает» ионы друг с другом (рис. 1.2). Частицы притягиваются друг к другу тем сильнее, чем меньше между ними расстояние. Однако при очень малых расстояниях между атомами резко возрастают силы отталкивания, когда проявляется отталкивание не только между ядрами атомов, но и добавляются силы отталкивания между электронами, расположенными на внутренних оболочках.

Рис. 1.2. Взаимодействие положительно заряженных ионов и электронов в металлическом теле

Таким образом, при очень малых расстояниях между атомами преобладают силы отталкивания, а с увеличением расстояния проявляются силы притяжения. Если графически изобразить эти силы в зависимости от расстояния и сложить их, то окажется, что при некотором расстоянии между атомами будет проявляться максимальная сила, притягивающая атомы друг к другу и удерживающая их на расстоянии, равном г0 (рис. 1.3). Эта сила и является причиной того, что металл не рассыпается на отдельные атомы.

Рис. 1.3. Силы, действующие между атомами

Значит, если сблизить поверхностные атомы двух кусков металла на расстояние r0, то они начнут притягиваться друг к другу. Электроны одного куска металла будут свободно переходить в другой и наоборот — произойдет коллективизация электронов, образуются металлические связи (рис. 1.4, а), происходит сварка.

Рис. 1.4. Контакт идеально ровных металлических тел (а) и контакт реальных тел (б): r0 — расстояние сближения атомов, на котором между ними происходит обмен электронами

Если бы все металлические тела состояли из одного кристалла и если было бы возможно так хорошо отполировать их поверхность, что при соприкосновении двух чистых поверхностей каждый атом на поверхности одного куска металла нашел бы себе «партнера» на поверхности другого, тогда любые детали можно было бы сваривать без нагрева и без механического воздействия.

К сожалению — и в то же время к счастью, — на самом деле этого не происходит. В чем же причина? Причин здесь несколько. Вот первая. Как бы тщательно мы ни полировали поверхность, абсолютно ровную получить не удасться. Механическая обработка ведет к образованию на поверхности чередующихся выступов и впадин, размеры которых зависят от способов обработки. Даже на хорошо отполированном теле неровности достигают по высоте 200 атомных слоев, а при токарной обработке — 40 000 слоев.

Поэтому при сближении таких поверхностей их начальное соприкосновение происходит не по всей плоскости, а в отдельных точках (рис. 1.4, б). Подсчитано, что истинные площади соприкосновения реальных тел даже при очень качественной их обработке составляют не более 1% геометрической поверхности контакта. Понятно, что при таких размерах площади фактического контакта, если в местах соприкосновения даже и возникнут силы взаимодействия между атомами, прочность соединения будет весьма и весьма низкой. Кроме того, надо учесть, что каждое зерно, которое мы видим под микроскопом, представляет собой отдельный кристалл, в котором атомы ориентированы по-своему (рис. 1.5, а). Когда металл нагревается, прочность его уменьшается. Поэтому при проковке сминаются выступы, атомные слои разворачиваются, поверхность соприкосновения увеличивается, и прочность соединения возрастает.

Рис. 1.5. Расположение атомов в отдельных кристаллах реального металлического тела (а) и разворот одного из кристаллов (б) для соединения с другим кристаллом

Но дело не только в этом. Посмотрим, в одинаковых ли условиях находятся атомы (ионы), расположенные внутри кристалла и на его поверхности. Оказывается, нет.

Атомы, расположенные внутри кристалла, окружены большим количеством «соседей», чем поверхностные атомы. Поэтому первые тратят всю энергию на взаимодействие с соседями, а поверхностные атомы имеют «лишнюю» энергию (рис. 1.5, б; рис. 1.6). Эта энергия расходуется на притяжение атомов и молекул газа окружающей среды, с которой контактируют поверхностные атомы. Поэтому на земле никогда не удается получить чистую металлическую поверхность. Она всегда покрыта окислами, молекулами воды, газа, толщина слоя которых достигает сотен и тысяч ангстрем. Поверхностные загрязнения мешают коллективизации электронов, препятствуют образованию сварного соединения. Поэтому, чтобы получить хорошее соединение, надо очистить свариваемые поверхности от посторонних примесей. В космосе, где почти абсолютная пустота (давление 10—12—10—14 мм рт. ст.), эти загрязнения моментально испаряются с поверхности тел.

Рис. 1.6. Атомы с повышенной энергией, расположенные на поверхности тела

Сделаем некоторые промежуточные выводы.

Сваркой металлов называется процесс их соединения за счет сил взаимодействия атомов. Чтобы сварить два металлических тела, надо, во-первых, тщательно очистить свариваемые поверхности; во-вторых, привести в соприкосновение эти тела, обеспечив тем самым расстояние между поверхностными атомами порядка 2—4 .

Реальные тела имеют весьма неровные поверхности и всегда покрыты слоем газов, паров воды, окислов и т.д. Поэтому реальные тела при их соприкосновении не свариваются друг с другом.

Итак, при сварке встречаются две основные трудности: загрязнение поверхности и малая площадь соприкосновения деталей. Для борьбы с этими затруднениями техника использует два основных средства: нагрев и давление.

Нагрев помогает размягчить металл, чтобы при сдавливании легко сминались неровности на свариваемых поверхностях и возникало взаимодействие поверхностных атомов. Если детали в зоне сварки нагреваются до расплавления, то взаимодействие жидкого металла свариваемых деталей происходит без внешнего давления: металл сливается в один объем, как две близлежащие капли воды.

В зависимости от того, прикладывается к деталям в процессе сварки давление или нет, все существующие способы сварки подразделяются на две большие группы: сварка давлением (рис. 1.7, а) и сварка плавлением (рис. 1.7, б).

Рис. 1.7. Схема приложения давления при нагреве деталей при сварке давлением (а) и нагрев детали до расплавления при сварке плавлением (б)

1.3. Классификация способов сварки

Многообразие свариваемых конструкций и разнообразие материалов, используемых при сварке, вызывают необходимость в применении различных способов сварки и разнообразных источников тепла для осуществления сварочного процесса.

Для нагрева места сварки и формирования сварного соединения используется энергия, преобразованная в тепловую энергию посредством:

• дугового разряда;

• электронного луча;

• тока, протекающего по твердому или жидкому проводнику, и т.п.

Все существующие способы сварки можно подразделить на две основные группы: сварку давлением (контактная, газопрессовая, ультразвуком и т.п.) и сварку плавлением (газовая, термитная, электродуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная и др.).

Сварка давлением использует пластические свойства материалов соединяемых деталей, при этом нагрев играет второстепенную роль или совсем не применяется. При сварке давлением металл нагревается до пластического состояния за счет высокого электрического сопротивления зоны контакта и затем осаживается механическим усилием, вызывающим пластическую деформацию деталей и их соединение в одно целое.

При сварке плавлением металл нагревают до жидкого состояния (расплавления), причем кромки соединяемых деталей расплавляются одновременно, образуя общую ванну жидкого металла; при кристаллизации (затвердевании) расплавленный металл сварочной ванны образует прочное соединение, имеющее литую структуру.

В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки подразделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.).

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, точечная, диффузионная и др.).

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др.).

По виду источника энергии, используемой для нагрева, сварку плавлением можно подразделить на газовую, электрическую и термитную. При газовой сварке используется энергия горения кислорода в атмосфере горючих газов — ацетилена, газов-заменителей (пропана, метана, водорода и т.д.) или паров горючих жидкостей (бензина, керосина).

Наиболее широкое распространение получили различные способы электрической сварки плавлением, а ведущее место среди них занимает дуговая сварка, при которой источником тепла в зоне сварки служит электрическая дуга.

При электрической дуговой сварке основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда, возникающего между свариваемым металлом и электродом. Под действием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец плавящегося электрода или присадочного материала расплавляются, образуя сварочную ванну, которая некоторое время находится в жидком состоянии. При затвердевании металла образуется сварное соединение.

Существующие способы электрической сварки плавлением могут быть классифицированы:

• по виду источников теплоты — дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, плазменная;

• по типу защиты сварочной ванны и свариваемого металла от взаимодействия с атмосферой воздуха — со шлаковой, газошлаковой и газовой защитой;

• по особенностям нагрева — с непрерывным и импульсным нагревом;

• по степени автоматизации процесса — ручная, полуавтоматическая и автоматическая.

В таблице 1.1 приведена классификация способов сварки согласно «Технологическому регламенту проведения аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства» от 2002 г.

Таблица 1.1

Классификация способов сварки

1.4. Сварка плавлением, ее виды, сущность и область применения

1.4.1. Газопламенная сварка

Для осуществления газопламенной сварки необходимо образование сварочного пламени. Реакция горения протекает обычно при соединении твердых, жидких или газообразных веществ с кислородом. Для газовой сварки наибольшее значение имеет процесс горения различных горючих газов в кислороде или воздухе.

Реакция горения — это реакция соединения горючего вещества с кислородом. Процесс горения горючего газа начинается с воспламенения газа при определенной температуре, зависящей от условий, в которых протекает процесс горения. После начала горения дальнейший нагрев газа от внешнего источника не нужен, если выделяемой при горении теплоты достаточно для поддержания горения новых порций горючей смеси и компенсации потерь теплоты в окружающую среду.

В зависимости от хода реакции сгорания ацетилена сварочное ацетиленокислородное пламя имеет определенную форму (рис. 1.8). Пламя можно подразделить на три зоны: ядро 1, средняя зона 2 и факел 3.

Рис. 1.8. Строение сварочного пламени: а — пламя нормальное; б — пламя окислительное (с избытком кислорода); в — пламя науглероживающее (с избытком ацетилена); 1 — ядро; 2 — средняя зона; 3 — факел

Во внутренней части ядра 1 пламени происходит постепенный подогрев до температуры воспламенения газовой смеси, поступающей из мундштука. В ядре пламени происходит термическое разложение ацетилена, которое ускоряется за счет присутствия в ядре кислорода, подаваемого в горелку. Образующийся углерод представляет собой мельчайшие твердые частицы, окружающие тонким раскаленным слоем ядро пламени, вызывая его свечение. Оболочка ядра является самой яркой частью сварочного пламени с температурой около 1500 °С. По внешнему виду ядра визуально определяют состав газовой смеси и исправность сварочной горелки.

В средней зоне 2 пламени протекает неполное окисление углерода кислородом. Теплота, выделяющаяся при этой реакции, способствует подогреву смеси и ускорению протекающих в ней окислительных процессов. Как видно из рис. 1.9, средняя зона 2 характеризуется максимальной температурой. В факеле 3 пламени происходит догорание оксида углерода и водорода при взаимодействии их с кислородом, поступающим из воздуха. При этом выделяется большое количество теплоты. Однако из-за большого объема зоны факела 3 температура в ней ниже, чем в средней зоне 2.

Рис. 1.9. Распределение температуры Т по оси ацетиленокислородного пламени: 1 — ядро; 2 — средняя зона; 3 — факел

Для образования нормального пламени (рис. 1.8, а) и полного сгорания ацетилена необходимо на каждый его объем подводить в горелку такой же объем кислорода, т.е. отношение β = Ук/ Vа = 1. Нормальное пламя получают при β = 1,1 — 1,3. При увеличении этого отношения (β > 1,3) пламя имеет окислительный характер (окислительное пламя), так как оно содержит избыточный кислород, окисляющий металл. В этом случае ядро пламени укорачивается, становится заостренным, с менее резкими очертаниями (рис. 1.8, б), бледнеет и приобретает синеватую окраску. При уменьшении количества поступающего кислорода (избыток ацетилена) получается науглероживающее пламя (рис. 1.8, в). Объем средней зоны при этом увеличивается, ядро становится расплывчатым, и за ним появляется «ацетиленовое перо» зеленоватого цвета. При значительном избытке ацетилена частицы углерода появляются и в наружной зоне, пламя становится коптящим, удлиняется и приобретает красноватую окраску.

Строение пламени газов — заменителей ацетилена, в состав которых входят углеводороды, существенно не отличается от строения ацетиленокислородного пламени, но имеет менее четко выраженное светящееся ядро, что затрудняет регулирование состава пламени по внешнему виду.

При газопламенной сварке применяют горючие газы, кислород, присадочную проволоку и флюсы.

Кислород является наиболее распространенным элементом на земле. Газообразный кислород бесцветен, прозрачен, не имеет запаха и вкуса, негорючий, но способен активно поддерживать процесс горения. Горючие газы и пары образуют с кислородом взрывчатые смеси, обладающие весьма широкими пределами взрываемости при воспламенении. Распространение взрывной волны в таких смесях протекает с очень большой скоростью (3000 м/с и выше).

Для газовой сварки и резки могут быть применены различные горючие газы, при сгорании которых в смеси с техническим кислородом температура газового пламени превышает 2000 °С. По химическому составу они, за исключением водорода, представляют собой или углеводородные соединения, или смеси различных углеводородов.

Ацетилен представляет собой углеводород ненасыщенного ряда. Его химическая формула С2Н2, структурная формула Н—С=С—Н. При атмосферном давлении и нормальной температуре ацетилен — бесцветный газ. Технический ацетилен вследствие присутствия в нем примесей имеет резкий специфический запах. При температуре 20 °С и давлении 0,1 МПа плотность ацетилена ρ = 1,09 кг/м3.

Газы — заменители ацетилена целесообразно использовать в тех процессах газопламенной обработки, в которых не требуется слишком высокая температура подогревающего пламени. К таким процессам относятся: сварка легкоплавких металлов (алюминия, магния и их сплавов, свинца), пайка высокотемпературными и низкотемпературными припоями, поверхностная закалка, сварка тонкой стали, кислородная разделительная и поверхностная резка.

Водород в нормальных условиях — один из самых легких газов, он в 14,5 раза легче воздуха, бесцветен, не имеет запаха, с кислородом и воздухом образует взрывчатые смеси — гремучий газ, чем опасен.

Метан — газ без цвета и без запаха, при концентрации в воздухе 5—15% взрывоопасен, является главной составляющей частью большинства природных или попутных при добыче и переработке нефти и каменного угля горючих газов.

Пропан — бесцветный газ с резким запахом, получаемый при переработке нефтепродуктов. Также получают и бутан — газ без цвета и запаха, сжижающийся при температуре 0 °С, взрывоопасный при его содержании в воздухе 1,5—8,5%. Для сварки чаще применяют смесь пропана с бутаном, которую получают как побочный продукт переработки нефти. Пропан, бутан или их смесь подают к месту сварки в стальных баллонах в жидком состоянии под давлением 1,6 МПа.

Коксовый газ получают в процессе коксования каменного угля. Средний состав коксового газа следующий: 50—59% Н2; 25—30% СН4; 1,8— 3,0% С2Н4 и других непредельных углеводородов; 5—7% СО; 6—13% N2 и СО2; 0,5—0,8% О2. Сланцевый газ получают при газификации горючих сланцев. Температура пламени этих газов в смеси с кислородом 2000 °С.

Коксовый и сланцевый газы к постам газопламенной обработки подают по трубопроводу. Их используют при сварке легкоплавких металлов, пайке, разделительной и поверхностной кислородной и кислородно-флюсовой резке и других процессах, для которых достаточна температура пламени ~2000 °С.

Пиролизный и нефтяной газы — смесь газообразных продуктов термического разложения нефти, нефтепродуктов и мазута при 720— 740 °С в ретортах. Выход газа составляет 0,35—0,4 м3 на 1 кг нефти. Состав зависит от состава нефти и режима ее переработки. При наполнении в баллоны газ находится частично в сжиженном состоянии. При отборе газа состав его изменяется вследствие испарения в первую очередь более летучих компонентов. Температура пламени этих газов 2297 °С.

Жидкие горючие — бензин и керосин — доступнее, дешевле и безопаснее горючих газов. В пар они превращаются непосредственно в сварочных горелках при подогреве специальным пламенем, что усложняет конструкцию горелок. Бензин для сварки предпочтительнее использовать с низким октановым числом, например А-66. Керосин нужно применять осветительный, предварительно профильтровав его через войлок и кусочки едкого натра NaOH для очистки от механических частиц, смолистых веществ и воды.

Присадочная проволока для газопламенной сварки сталей применяется согласно ГОСТ 2246—70, она такая же, как и при всех видах дуговой сварки. Это 6 марок низкоуглеродистой, 30 марок легированной, 41 марка высоколегированной стальной холоднотянутой проволоки диаметром от 0,3 до 12 мм.

Любой присадочный материал для газопламенной сварки должен отвечать ряду общих требований. Он должен иметь температуру плавления не выше, чем свариваемый металл. Его поверхность должна быть ровной, чистой: без окалины, ржавчины и других загрязнений. Плавиться присадочный материал должен спокойно, без разбрызгивания, обеспечивая свойства металла шва, близкие к свойствам основного металла. В составе присадочного металла должно быть минимальное количество вредных примесей.

Флюсы при газопламенной сварке применяют для разрушения окислов на поверхности свариваемого металла, для его защиты от окисления и для удаления из металла сварочной ванны окислов и других химических элементов, отрицательно влияющих на свойства сварного шва. Флюсы применяют в виде порошков или паст, подавая их на свариваемые кромки во время сварки или нанося заранее.

К параметрам режима газопламенной сварки относятся: мощность пламени, его состав, диаметр присадочной проволоки, ее расход. Выбор режима сварки зависит от теплофизических свойств металла, размеров и формы свариваемой детали, способа сварки и положения сварного шва в пространстве.

Газовая сварка относится к группе способов сварки плавлением. Существенное технологическое отличие газовой сварки — плавный и медленный нагрев металла. Это основное отличие сварочного газового пламени является в одних случаях недостатком, в других — преимуществом газового пламени и определяет следующие основные области его применения для сварки: сталей малых толщин 0,2—5 мм; цветных металлов; чугуна; специальных сталей; инструментальных сталей; для выполнения наплавочных работ.

Благодаря универсальности, сравнительной простоте и портативности необходимого оборудования газовая сварка весьма целесообразна для многих видов ремонтных работ. Сравнительно медленный нагрев металла газовым пламенем быстро снижает производительность газовой сварки с увеличением толщины металла, и при толщине более 8 мм газовая сварка обычно экономически невыгодна. При замедленном нагреве разогревается большой объем основного металла, прилегающего к сварочной ванне, что в свою очередь вызывает коробление свариваемых деталей.

1.4.2. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами

Схема ручной дуговой сварки металлическим покрытым электродом показана на рис. 1.10. Возбуждение дуги происходит при кратковременном замыкании электрической сварочной цепи касанием свариваемого металла концом электрода. Во время сварки по мере плавления электрода его подводят к изделию, одновременно перемещая вдоль соединения и поперек стыка для получения необходимой формы и сечения шва.

При сварке покрытым электродом происходит плавление стержня и покрытия. Расплавляющееся покрытие образует шлак и газы. Шлаковый слой предохраняет металл от взаимодействия с кислородом и азотом воздуха. Газы оттесняют воздух из зоны плавления (зоны дуги) и обеспечивают дополнительную защиту от контакта с ним.

Наиболее широкое применение находит ручная (дуговая) сварка прямого действия. Лучшие результаты достигаются при сварке короткой дугой, длина которой обычно составляет 0,5—1,1 диаметра электрода при токе 90—350 А и напряжении дуги 18—30 В. При большой длине дуги усиливаются окисление электродного металла и разбрызгивание, уменьшается глубина проплавления.

Рис. 1.10. Схема ручной дуговой сварки покрытыми электродами: 1 — шлаковая корка; 2 — сварной шов; 3 — жидкая шлаковая пленка; 4 — газовая защита; 5 — капля электродного металла; 6 — электрод; 7 — электродное покрытие; 8 — сварочная дуга; 9 — сварочная ванна; 10 — основной металл свариваемой детали

Электрод для ручной дуговой сварки (рис. 1.11) представляет собой стержень 1 длиной до 450 мм, изготовленный из сварочной проволоки, на поверхность которого нанесен слой покрытия 2. Левый конец электрода на участке длиной 20—30 мм освобожден от покрытия для зажатия его в электрододержателе для обеспечения электрического контакта. Торец другого конца очищен от покрытия для возможности возбуждения дуги посредством касания изделия электродом в начале сварки.

Рис. 1.11. Схема покрытого электрода для ручной дуговой сварки: 1 — стержень из электродной проволоки; 2 — покрытие; d — диаметр электродной проволоки; D — диаметр покрытого электрода

Покрытие электрода представляет собой смесь веществ, нанесенную на него для усиления ионизации, защиты от неблагоприятного воздействия среды и металлургической обработки металла сварочной ванны. В покрытие электрода вводят ионизирующие, газо- и шлакообразующие, легирующие, раскисляющие, связующие и формовочные компоненты.

Ионизирующие, или стабилизирующие, компоненты обеспечивают устойчивое горение дуги. Они содержат элементы с низким потенциалом ионизации, такие, как калий и кальций, которые входят в состав мела, полевого шпата и гранита, а также натрий и др. Газообразующие компоненты применяют для создания газовой защиты зоны дуги и сварочной ванны. К ним относятся как органические вещества (крахмал, пищевая мука, декстрин и др.), так и неорганические (обычно карбонаты: мрамор СаСО3, магнезит MgCO3 и др.). Газовая защита образуется в результате разложения органических веществ при температуре выше 200 °С и карбонатов при температуре около 900 °С. Процесс диссоциации происходит вблизи от торца электрода.

Шлакообразующие компоненты вводят для получения жидких шлаков. В качестве шлакообразующих компонентов используют следующие руды и минералы: ильменит, рутил, полевой шпат, кремнезем, гранит, мрамор, плавиковый шпат.

Легирующие компоненты предназначены для улучшения механических характеристик металла шва, придания ему жаро- и износостойкости, коррозионной стойкости и других свойств. Легирующими элементами служат хром, марганец, титан, ванадий, молибден, никель, вольфрам и др. Легирующие элементы вводят в покрытие в виде ферросплавов и чистых металлов.

Раскисляющие компоненты используют для восстановления (раскисления) части расплавленного металла, находящегося в виде оксидов. К ним относятся элементы, имеющие большее, чем железо (при сварке сталей), сродство к кислороду и другим элементам, оксиды которых требуется удалить из металла шва. Большинство раскислителей вводят в электродное покрытие в виде ферросплавов.

Связующие компоненты применяют для связывания порошковых составляющих покрытия в однородную вязкую массу, которая будет крепко удерживаться на стержне электрода при прессовке и образовывать прочное покрытие после сушки и прокалки.

Виды электродных покрытий установлены ГОСТ 9466—75. Различают электроды: А — с кислым покрытием; Б — основным покрытием; Ц — целлюлозным покрытием; Р — рутиловым покрытием; П — покрытием прочего вида. При наличии покрытия смешанного вида используют соответствующее двойное обозначение. Если в покрытии содержится более 20% железного порошка, то к обозначению вида покрытия добавляют букву «Ж».

Согласно ГОСТ 9466—75 выпускается 116 типов электродов. Электроды для сварки и наплавки сталей в соответствии с назначением подразделены на следующие классы: для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей, имеющих временное сопротивление разрыву, или предел прочности, σв < 600 МПа (60 кгс/мм2), — У (условное обозначение); для сварки легированных конструкционных сталей с σв > 600 МПа — Л; для сварки теплоустойчивых сталей — Т; для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами — В; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н. Этот стандарт регламентирует размеры электродов, толщину и типы покрытий, условные обозначения, общие технические требования, правила приемки и методы испытания.

Режимом сварки называют основные характеристики сварочного процесса, обеспечивающие получение сварных швов заданных размеров, формы и качества. При ручной дуговой сварке — это диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость сварки, род и полярность тока. Это основные параметры режима. К числу дополнительных относят длину дуги, амплитуду, частоту и форму колебаний конца электрода. Определение режима сварки начинают с выбора диаметра электрода в зависимости от толщины свариваемого металла и вида соединения.

Купить

Внимание! Авторские права на книгу "Основы теории сварки и резки металлов. Учебник" (Овчинников В.В.) охраняются законодательством!

Основы теории сварки и резки металлов. Учебник

Оглавление

Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу