Виды сварочных материалов и их основные характеристики

Соединение металлических конструкций способом сварки является наиболее распространенным методом в строительстве, приборостроении, выпуске машин и механизмов.

В процессе сварки две поверхности соединяются после расплавления основного металла под действием тепла. Применяется добавочный наплавляемый элемент, образующий после охлаждения и кристаллизации сварной шов, или наплавку. Сварочный материал вводится в рабочее пространство плавящимся, токоведущим, неплавящимся электродом или газовой сваркой. В процессе работы материалы для сварки выполняют работу: при расплавлении, перемещении в дуге, нахождении в ванне, отвердевании защищают расплавленный металл; легируют и раскисляют металл, регулируя химический состав сталей; удаляют из заполнения шва оксиды, шлаки, фосфор и серу; освобождают шовную массу от азота и водорода.

Классификация материалов для сварки

Большое количество материалов, требующихся для соединения металлов сваркой, затрудняют точную классификацию, но основные сварочные материалы подразделяются так: присадочная проволока для сварки и наплавки; для дуговой сварки штучные электроды; проволочные и пластинчатые электроды для шлаковой сварки; присадочные добавочные материалы несплошного, сплошного, трубчатого сечения; присадочные волоченые, катаные, протянутые литые стержни и проволока, наплавочные ленты с порошковым покрытием; горючий газ или кислород; сварочная аппаратура, компрессор; баллоны для содержания газа; генератор для получения из карбида кальция ацетилена или ацетиленовый баллон под давлением; редуктор для снижения давления сварочного газа; горелки для сварки, закалки, наплавления с набором необходимых типов наконечников разного диаметра; резиновые шланги для перемещения кислорода; флюсы и порошки для сварки.

ВЫБОР СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

При сварке высокопрочных низколегированных сталей перлит­ного класса применяют обычно сварочные материалы, обеспечиваю­щие перлитную структуру металла шва.

Химический состав сварочных материалов (электродных прут­ков, электродной или присадочной проволоки) для этого выбирается той же системы легирования, что и основной металл, ограничивая содержание в нем углерода, серы и фосфора. Равнопрочность соеди­нения при этом гарантируется созданием соответствующего сечения шва. При расчете химического состава шва (а значит и его механи­ческих свойств) обязательно учитывают подлегирование металла шва за счет доли участия в нем основного металла; эта доля колеблется в значительных пределах для разных способов сварки. Одинаковый структурный состав металла шва и основного металла при их при­мерно одинаковой прочности дает возможность применять автома­тическую сварку с режимами, обеспечивающими достаточно боль­шое сечение прохода. Это позволяет уменьшить количество проходов по сравнению с ручной сваркой.

Усиление шва (рис. 8.4, а) имеет небольшую величину (и при ней обеспечена равнопрочность). Как было сказано выше, склонность пер­литного металла к образованию холодных трещин зависит (помимо структурного фактора) от содержания водорода в металле шва. Его содержание должно быть ограничено, что требует применения низко­водородистых электродов с покрытием вида Б. Перед употреблением электроды должны быть прокалены при температуре 350…500 °С.

Применяя перлитные сварочные материалы, можно использовать не только ручную сварку покрытыми электродами, но и механизиро­ванную сварку под слоем флюса или в среде защитных газов. В этом случае для уменьшения содержания водорода требуется прокалка флюса при температуре 600…700 °С, а содержание влаги в защитном газе (углекислом, аргоне или смесях) ограничено весьма жест­кими нормами.

Высокую технологическую прочность и работоспособность метал­ла шва при сварке высокопрочных сталей перлитного класса можно

получить при содержании в нем комбинаций в определенных преде­лах следующих элементов: С, Si, Mn, Cr, Ni, V, Мо, Nb. При опреде­ленном количественном содержании этих элементов в металле шва его прочность св может колебаться в пределах 600…700 МПа в исход­ном состоянии после сварки и 850…1450 МПа после соответствую­щей термообработки.

Возможен и другой вариант — применение аустенитных свароч­ных материалов. Аустенит имеет более низкую прочность, и для по­лучения равнопрочных сварных соединений приходится значитель­но увеличивать сечения сварных швов. Так, в некоторых случаях величина усиления стыковых швов может достигать 0,3S (рис. 8.4, б). Это приводит к двум следствиям:

• во-первых, резко увеличивается трудоемкость выполнения соединения, особенно учитывая то, что сечение прохода при многослойной сварке ограничено из-за опасения разбавления аустенитного металла шва чересчур большой долей основного перлитного металла;

• во-вторых, из-за относительно резкого сбега высокого усиле­ния к основному металлу образуется геометрическая концен­трация напряжений в этом районе (см. рис. 8.4, б), что может при эксплуатации конструкции привести к раннему появле­нию трещины. Поэтому требуется наложение специальных, так называемых «галтельных» валиков для уменьшения геомет­рической концентрации напряжений в этом месте, либо при­менение механической обработки (фрезерование), обеспечи­вающей галтель в месте перехода с радиусом не менее 12 мм.

Положительными сторонами применения аустенитных материа­лов является их меньшая чувствительность к водороду. Водород хо­рошо растворяется в аустените, а его диффузионная подвижность в кристаллической решетке ограничена — это значительно уменьшает поступление водорода из шва в ЗТВ, поэтому нет строгих требований к его нормированию в шве. Кроме этого, аустенитный шов, по сравне­нию с перлитным, имеет значительно большую пластичность, что весь­ма полезно при эксплуатационных перегрузках. Конкретные марки электродов и системы флюс-проволока выбирают в зависимости от состава основного металла (марки стали), руководствуясь норматив­ной документацией.

Как видно из изложенного, одной из основных трудностей при сварке рассматриваемых сталей является опасность получения мар — тенситных структур. Если избежать их за счет технологических при­емов не удается, то приходится применять термическую обработку конструкции после сварки. Эту операцию желательно проводить сра­зу же после сварки, пока температура в районе шва не упала ниже температуры мартенситного превращения, характерной для данной марки стали.

Распространенной (после сварочной) термообработкой являет­ся отпуск с нагревом 600…700 °С и выдержкой около двух часов. Такой отпуск способствует переводу структуры в более равновес­ное состояние (мартенсита в сорбит), снятию остаточных свароч­ных напряжений и частичному удалению из сварного соединения диффузионно-подвижного водорода. Этой термообработке обяза­тельно подвергаются сварные конструкции ответственного назначе­ния (паропроводы высокого давления, корпуса атомных реакторов, паропроизводящая аппаратура, котлы и т. д.). Термообработка мо­жет быть общей (иногда в специально изготовленных печах) либо местной (индукционный нагрев в районе швов). Сварные соедине­ния, выполненные аустенитными материалами, как правило, после — сварочной термообработке не подвергаются.

Плавящиеся проволоки, пластины и стержни

Такой вид электродов применяется при сварке в защитных газах, под флюсом, электрошлаковой. Стальная проволока, как сварочный материал, подразделяется на высоколегированную, низкоуглеродистую и легированную. Всего по сортаменту определяется 77 видов подобных изделий. Подбирая требуемые марки, меняют химический состав шва. Обычно применяют состав проволоки, похожий на свариваемый металл. Характеристика материала сварочного должна соответствовать ГОСТу и указывается на упаковке.

Легированная и низкоуглеродистая стали для изготовления проволоки делятся на омедненные и неомедненные. Для ручной сварки используют проволоку, рубленную на куски длиной от 360 до 400 мм. Поставляется потребителю мотками весом от 20 до 85 кг. Все мотки оснащаются этикетками с указанием изготовителя и технических параметров проволоки.

Пластины применяют для электрошлаковой сварки. Дуговая ручная сварка выполняется с помощью электродного металлического стержня со специальным покрытием, который называется электродом. Электроды делят в зависимости от толщины и состава нанесенного слоя и качества изготовления. По толщине различают особо толстое, среднее и тонкое покрытие.

Три группы в ГОСТе служат для деления электродов в зависимости от точности изготовления и содержания серы и фосфора в составе покрытия. Тип сварочного материала с покрытием из стабилизирующих, связующих, раскисляющих, легирующих компонентов обозначается буквами:

• покрытие с кислотными добавками – А;
• основной классический вариант – Б;
• покрытие с добавкой целлюлозы – Ц;
• смешанные материалы в поверхностном слое – П.

Классификация

Различают следующие виды

Проволока

Сварочная проволока и плавящиеся стержневые электроды, изготовленные на ее основе, разогреваются в пламени электродуги, постепенно достигают температуры плавления и стекают в сварочную ванну. Там они смешиваются с металлом от оплавленных кромок заготовки. После перемещения электрода и дуги далее по линии соединения расплав кристаллизуется, соединяя обе заготовки в единое целое.

Сварочная проволока подается в рабочую зону полуавтоматом с постоянной скоростью. В ее состав входят необходимые легирующие добавки. По этому признаку проволока делится на следующие виды:

• низкоуглеродистая;
• легированная;
• высоколегированная.

Выбор проволоки определяется материалом заготовок. Ее химический состав должен быть близок к составу свариваемых сплавов. Легирующие добавки используются для повышения качества шва. Используют также омеднение проволоки.

Кроме того, проволока и плавкие электроды используются в качестве элементов сварочной электрической цепи. По ним подается напряжение, и при касании кончиком проволоки заготовки поджигается электродуга. В случае полуавтоматической сварки неплавким электродом в атмосфере защитных газов ток идет через него. Механическое устройство подачи только подает присадочную проволоку или ленту. Стандарты предусматривают 77 различных марок сварочной проволоки.

Лента и прутки

При ручной сварке неплавким электродом присадочный пруток подается в рабочую зону сварщиком. Для этого проволоку рубят на куски длиной 200- 300 мм и поставляют в пачках. Для сварки выбирают пруток, наиболее близкий по химическому составу к материалу заготовок.
Сварочная лента используется при наплавке, когда необходимо подавать присадочный материал широким тонким слоем. Делается лента из тех же сплавов, что и сварочная проволока.

Электроды

Стержневые электроды на сегодняшний день являются самыми широко применяемыми при ручной сварке инверторным аппаратом ММА. Они представляют собой прямые отрезки сварочной проволоки длиной от 200 до 450 мм, покрытые специальным слоем обмазки. Такой электрод служит проводником, подавая напряжение на дугу. От ее тепла сердцевина из проволоки плавится и стекает в сварочную ванну, пополняя собой шовный материал.

Обмазка сгорает при высокой температуре, выделяя защитные газы. Газы препятствуют контакту расплавленного металла и воздуха. В состав обмазки также включают присадки для повышения стабильности дуги, облегчения ее розжига. Некоторые добавки (такие, как рутил) дают возможность варить качественные швы в сложных условиях, даже когда заготовка влажная и покрыта следами коррозии.

Газы

Сварочные газы используются как источник тепла при газовой сварке и резке. Для этого используется кислород в качестве окислителя и следующие газы в качестве горючего:

• ацетилен;
• водород;
• промышленный пропан;
• метилово-ацетиленовая смесь.

Какое горючее самое эффективное? Наибольшей удельной энергией горения отличается водород, он же является и наиболее взрывоопасным. Используется для ограниченного круга сварных операций. Для сварки ответственных соединений применяют ацетилен высокой чистоты. Для рядовой сварки используют пропан, это самый дешевый газ. Кислород смешивается с горючим газом в горелке для повышения температуры факела.
Кроме сварочных, служащих источником тепла, при дуговой сварке используют и так называемые защитные газы. Они подаются в рабочую область, вытесняют оттуда воздух и перекрывают доступ кислорода, азота и водяных паров к сварочной ванне.

Для сварки ответственных соединений из нержавеющих сплавов используют инертные газы аргон или гелий, а также их смеси. Их же используют для алюминия, титана и других легких металлов. Для рядовой сварки конструкционных сталей в качестве защиты рабочей зоны применяют углекислый газ.

Флюсы

Флюсы применяют в жидком или порошкообразном состоянии.

Жидкие флюсы используют для химической подготовки области шва. С их помощью снимают оксидную пленку на поверхности заготовок, производя одновременно и обезжиривание. В качестве жидких флюсов выступают сильнодействующие неорганические соединения — щелочи или кислоты. Химический состав следует выбрать в зависимости от обрабатываемого сплава. Поле обработки заготовку необходимо промыть водой и тщательно просушить.

Флюсовые порошки используют в качестве источника защитного газа. Порошок сгорает в пламени дуги и выделяет защитный газ.

При ручной сварке его насыпают вдоль линии шва. Флюсовый материал для выполнения автоматической сварки подается в зону сварки из бункера через шланг.

Кроме выделения защитных газов, такой флюс может выполнять и функцию теплопровода, ускоряя прогрев кромок. Так варят различные марки стали и чугун.

Кроме перечисленных разновидностей, используются также керамические подкладные пластины. С их помощью предотвращают вытекание расплава и формируют обратный валик шва.

Неплавящиеся сварные стержни и электроды для машинной сварки

Для соединения поверхностей в защитных газах используют специальные сварочные материалы. Определение такой сварки дается как процесс, использующий в качестве источника тепла электрическую дугу между электродом и поверхностью. Круглые электроды из вольфрама диаметром 5-10 мм подводят электрический ток к области дуги. В качестве материала используется чистый вольфрам или добавляются присадки оксидов лантана, иттрия, диоксида натрия. Сам вольфрам не удается заменить более дешевым металлом, так как он является самым тугоплавким, с высокой температурой кипения (5900 ºС) и применяется для сварки постоянным и переменным током.

Аттестация сварщиков. С 1 декабря 2021 года вступают в силу новые ГОСТЫ по сварке.

Аттестация сварщиков. С 1 декабря 2021 года вступают в силу новые ГОСТЫ по сварке.

ГОСТ Р ИСО 9606-1-2020 Аттестационные испытания сварщиков. Сварка плавлением. Часть 1. Стали

Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 08.07.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт устанавливает требования к аттестации сварщиков для сварки сталей плавлением. Стандарт устанавливает технические правила проведения периодических аттестационных испытаний сварщиков независимо от типа продукции, ее местонахождения и проведения аттестации экспертом или экспертным органом. При аттестации сварщиков основное внимание уделяется его способности вручную манипулировать электрододержателем, сварочной горелкой или газовой горелкой и выполнять сварное соединение требуемого качества. Стандарт применяется для ручных или частично механизированных процессов сварки плавлением. Стандарт не распространяется на полностью механизированные и автоматические процессы сварки.
ГОСТ ISO 15609-5-2020 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Технические требования к процедуре сварки. Часть 5. Контактная сварка
Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 08.07.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт устанавливает технические требования к процедуре контактной сварки для процессов точечной, шовной, стыковой оплавлением и рельефной сварки. До проведения любой аттестации необходимо установить применяемость положений стандарта для других процессов контактной сварки и связанных с ней сварочных процессов. Параметры, перечисленные в стандарте, влияют на размеры сварного шва (качество), положение сварного шва, механические свойства или геометрию сварного соединения.
ГОСТ ISO 15609-3-2020 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Технические требования к процедуре сварки. Часть 3. Электронно-лучевая сварка
Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 08.07.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт устанавливает технические требования к процедуре электронно-лучевой сварки. Стандарт является частью серии стандартов, подробные сведения о которой даны в EN ISO 15607:2003, приложение А. Параметры, приведенные в стандарте, влияют на качество и свойства сварного соединения.
ГОСТ ISO 6848-2020 Дуговая сварка и резка. Электроды неплавящиеся вольфрамовые. Классификация
Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 08.07.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт устанавливает классификацию неплавящихся вольфрамовых электродов для дуговой сварки в инертном газе и для плазменной сварки, резки и термического напыления.
ГОСТ ISO 14171-2020 Материалы сварочные. Проволоки сплошного сечения, порошковые проволоки и комбинации проволока/флюс для дуговой сварки под флюсом нелегированных и мелкозернистых сталей. Классификация
Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 08.07.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт устанавливает требования к классификации комбинаций проволока/флюс с учетом характеристик металла шва в состоянии после сварки и термообработки при дуговой сварке под флюсом нелегированных и мелкозернистых сталей с минимальным пределом текучести не более 500 МПа или с минимальным пределом прочности не более 570 МПа. Один флюс может быть классифицирован с различными проволоками сплошного сечения и порошковыми проволоками. Проволоки сплошного сечения также классифицируются отдельно на основе химического состава. Стандарт объединяет технические требования, обеспечивающие классификацию с использованием системы, базирующейся на значениях предела текучести и средней энергии удара для металла шва 47 Дж, и с использованием системы, базирующейся на значениях предела прочности при растяжении и средней энергии удара 27 Дж: a) пункты, подпункты и таблицы, которые содержат в нумерации конечную букву «A», относятся только к сочетаниям проволока/флюс, где проволока классифицирована с использованием системы, базирующейся на значениях предела текучести и средней энергии удара для металла шва 47 Дж в соответствии с настоящим стандартом; b) пункты, подпункты и таблицы, которые содержат в нумерации конечную букву «B», относятся только к сочетаниям проволока/флюс, где проволока классифицирована с использованием системы, базирующейся на значениях предела прочности при растяжении и средней энергии удара 27 Дж в соответствии с настоящим стандартом; c) пункты, подпункты и таблицы, которые не имеют в нумерации конечных букв «A» или «B», относятся ко всем сочетаниям проволока/флюс, где проволока классифицирована в соответствии с настоящим стандартом. Флюсы для сварки в один или в два прохода классифицированы на основе технологии сварки в два прохода.
ГОСТ ISO 14341-2020 Материалы сварочные. Проволоки и наплавленный металл дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе нелегированных и мелкозернистых сталей. Классификация
Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 08.07.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт устанавливает требования к классификации электродных проволок и наплавленного металла после сварки и термической обработки. Классификация применяется для дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе нелегированных и мелкозернистых сталей с минимальным пределом текучести не более 500 МПа или минимальным пределом прочности на растяжение не более 570 МПа. Одна проволока может тестироваться и классифицироваться в разных защитных газах. Стандарт устанавливает общие технические требования, обеспечивающие классификацию по системе на основе предела текучести и средней энергии удара 47 Дж для наплавленного металла или по системе на основе предела прочности на растяжение и средней энергии удара 27 Дж для металла сварного шва: a) пункты, подпункты и таблицы с буквенным индексом «A» применяются только для электродной проволоки, классифицированной по системе на основе предела текучести и средней энергии удара 47 Дж для наплавленного металла в соответствии с настоящим стандартом; b) пункты, подпункты и таблицы с буквенным индексом «B» применяются только для электродной проволоки, классифицированной по системе на основе предела прочности на растяжение и средней энергии удара 27 Дж для наплавленного металла в соответствии с настоящим стандартом; c) пункты, подпункты и таблицы без буквенного индекса «A» или «B» применяются для любой электродной проволоки, классифицированной в соответствии с настоящим стандартом.
ГОСТ ISO 9692-2-2020 Сварка и родственные процессы. Типы подготовки соединений. Часть 2. Сварка дуговая сталей под флюсом
Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 08.07.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт определяет типы подготовки соединений для дуговой сварки сталей под флюсом (процесс 121 в соответствии с ISO 4063). Стандарт применяется только для положений при сварке PA и PB в соответствии с ISO 6947. Для положения при сварке PC необходима специальная подготовка соединения. Стандарт применяется для сварных швов с полным проплавлением. Для сварных швов с неполным проплавлением типы подготовки соединений и размеры могут отличаться от размеров, определенных настоящим стандартом, если они определены в соответствующих стандартах или согласованы заинтересованными сторонами. Если корень шва выполнен другим процессом дуговой сварки (см. ISO 4063), то следует учитывать подготовку соединения в соответствии с ISO 9692-1.
ГОСТ ISO 9692-3-2020 Сварка и родственные процессы. Типы подготовки соединений. Часть 3. Сварка дуговая в инертном газе плавящимся и вольфрамовым электродом алюминия и его сплавов
Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 08.07.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт определяет типы подготовки соединений для сварки дуговой плавящимся электродом (сплошной проволокой) в инертном газе MIG (131), сварки дуговой вольфрамовым электродом в инертном газе с присадочным сплошным материалом (проволокой или стержнем) TIG (141) и сварки дуговой вольфрамовым электродом в инертном газе без присадочного материала TIG (142) алюминия и его сплавов. Стандарт применяется для сварных швов с полным проплавлением.
ГОСТ ISO/TR 15608-2020 Сварка. Руководство по системе группирования металлических материалов
Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 09.07.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт устанавливает единую систему группирования металлических материалов применительно к сварке. Данная система может применяться для других целей, таких как термическая обработка, штамповка, неразрушающие испытания. Стандарт распространяется на системы группирования стандартизированных материалов: — сталь; — алюминий и его сплавы; — никель и его сплавы; — медь и ее сплавы; — титан и его сплавы; — цирконий и его сплавы; — чугун.
ГОСТ Р ИСО 3580-2020 Материалы сварочные. Электроды покрытые для ручной дуговой сварки жаропрочных сталей. Классификация
Утвержден: Росстандарт, 18.06.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт устанавливает требования к классификации покрытых электродов для ручной дуговой сварки ферритных, мартенситных устойчивых к ползучести сталей и низколегированных сталей, работающих при повышенной температуре, классификация основана на свойствах наплавленного металла после термообработки. Стандарт устанавливает общие технические требования, обеспечивающие классификацию по системе на основе химического состава, предела текучести и средней энергии удара или по системе на основе предела прочности на растяжение и химического состава наплавленного металла: a) пункты, подпункты и таблицы с буквенным индексом «А» применяются только для электродов, классифицированных по системе на основе химического состава, предела текучести и средней энергии удара для наплавленного металла в соответствии со стандартом; b) пункты, подпункты и таблицы с буквенным индексом «В» применяются только для электродов, классифицированных по системе на основе предела прочности на растяжение и химического состава наплавлен ного металла; c) пункты, подпункты и таблицы без буквенного индекса «А» или «В» применяются для любых электродов, классифицированных в соответствии со стандартом.
ГОСТ Р ИСО 9692-4-2020 Сварка и родственные процессы. Рекомендации по подготовке соединений. Часть 4. Плакированные стали
Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 18.06.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт устанавливает типы подготовки соединений для плакированных сталей.
ГОСТ Р МЭК 60974-4-2020 Оборудование для дуговой сварки. Часть 4. Периодическая проверка и испытание
Утвержден: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, 18.06.2020 . Вводится с: 01.12.2020 . Стандарт устанавливает процедуры испытаний оборудования при периодических проверках и после ремонта для обеспечения электрической безопасности. Эти процедуры испытаний применимы и для технического обслуживания. Стандарт применяется к источникам питания для дуговой сварки и родственных процессов, соответствующим МЭК 60974-1 или МЭК 60974-6. Испытания автономного вспомогательного оборудования, соответствующего другим частям МЭК 60974, также могут проводиться согласно стандарту.
НКПРОМ
НКПРОМ.РУ – эксперт в области промышленной безопасности, подготовке и обучению персонала по нормам неразрушающего контроля. Звоните

127410

Россия

Московская область

Москва

Алтуфьевское шоссе, д.43 стр. 2

8

Применение кислорода

Кислород тяжелее воздуха, он способствует сгоранию газов и паров с большой скоростью, при этом выделяется тепло и достигается высокая температура плавления. Взаимодействие сжатого кислорода с жирными маслами и смазочными материалами приводит к самопроизвольному воспламенению и взрыву, поэтому работа с баллонами кислорода ведется в чистых условиях, без опасности подобных загрязнений. Хранение сварочных материалов кислородного типа производится с соблюдением норм пожарной безопасности.

Кислород для сварки бывает технический, получаемый из атмосферы. Воздух обрабатывают в специальных разделительных аппаратах, удаляются углекислые примеси, конечный продукт сушится. Жидкий кислород для перевозки и хранения требует особых емкостей с повышенной теплоизоляцией.

Основные типы:

• сварочные электроды с различными покрытиями (кислым, смешанным, целлюлозным, рутиловым) и присадочные прутки;
• проволока — активированная. порошковая, сплошная;
• флюсы;
• газы — защитные, горючие;
• керамические подкладки для соединения разных видов швов — всепозиционные, круглые и др.

Изделия делят на группы по типу свариваемых металлов: для соединения элементов из углеродистых сталей, для нержавеющих и низколегированных сталей, а также для меди, чугуна и т.д.

Электроды и проволока

Эти два вида сварочных материалов обеспечивают подачу питания в сварочную зону. Плавящиеся электроды с покрытием, отдельные разновидности проволоки и защитный флюс содержат компоненты, помогающие защитить металл от окисления. Они поддерживают стабильную работу, помогают получить нужный химический состав шва. Присадочный пруток вводится в шов непосредственно при сварке.

Плавящиеся проволоки используют под флюсом, в защитных газах и при электрошлаковой сварке. Технологические стандарты предполагают использование разных типов проволок из стали: легированных, высоколегированных и низкоуглеродистых. Легированная и низкоуглеродистая сталь бывает омедненной и неомедненной.

При выборе той или иной марки нужно учитывать, что от нее будет зависеть химический состав шва. Обычно используют материал, по составу наиболее близкий к обрабатываемому металлу. Он должен соответствовать требованиям ГОСТ — состав указывают на упаковке изделия.

При выборе сварочного материала для сварки обращайте внимание на качество изготовления. Поверхность изделия должна быть гладкой, без следов жира, окалины и ржавчины. Показатель плавления не должен быть ниже, чем у соединяемых материалов.

Стержни и пластины

Электрошлаковая сварка производится с использованием пластин, дуговая — с применением металлических стержней с покрытием на основе электрода. Электроды бывают тонкими, средней толщины и толстыми.

Изделия маркируют буквами в зависимости от типа покрытия:

• А — с кислотными добавками;
• Б — традиционный вариант;
• Ц — с содержанием целлюлозы;
• П — смешанные.

Газы

Для газовой сварки используют горючие газы и газы, поддерживающие горение, в частности:

• кислород;
• водород;
• ацетилен;
• пропанобутановую смесь;
• метилацетилен-алленовую фракцию.

Также применяют защитные газы для обеспечения защиты расплава от воздуха: углекислый газ, гелий, аргон и различные смеси.

Помните о безопасности: сжатый кислород при взаимодействии со смазкой и маслами может воспламениться или вызвать взрыв. Хранить сварочные материалы этого типа нужно со строгим соблюдением норм пожарной безопасности. Ацетилен при ускоренном нагревании до высоких температур также может привести к взрыву — важно строго соблюдать технологию работы.

Использование ацетилена

Ацетилен представляет собой соединение кислорода с водородом. Этот горючий газ при нормальной температуре находится в газообразном состоянии. Бесцветный газ содержит примеси аммиака и сероводорода. Опасной является воспламеняющаяся составляющая материала. Сварочного давления более 1,5 кгс/см2 или ускоренного нагревания до 400 ºС достаточно для взрыва. Производят газ электродуговым разрядом, способствующим разделению жидких горючих составляющих или разложением карбида кальция под действием влаги.

Газовые заменители ацетилена

Требования к сварочным материалам позволяют применять для работы пары жидкостей и другие газы. Они используются, если температура нагрева превышает в два раза показатель плавления металла. Для горения разных видов газов требуется то или иное количество кислорода, поступающего в горелку. Горючие вещества взамен ацетилена применяются из-за их дешевизны и возможности повсеместной добычи. Они применяются в различных областях промышленности, но использование заменителей ограничено их сравнительно низкой границей нагревания.

Проволока и сварочные флюсы

Для сварки не применяется неизвестная проволока неопознанной марки. Поверхность присадочной проволоки выполняется гладкой, очищенной от ржавчины, окалины, жира. Она подбирается по показателю плавления, который ниже этой характеристики у свариваемых сталей. Одним из качественных свойств проволоки является ее постепенное плавление без резкого выброса брызг. В виде исключения, если нет требуемой проволоки, для сварки латуни, свинца, меди, нержавейки применяют полоски нарезанного металла из того же материала, который соединяется. При сварке металлов, таких как алюминий, магний, медь, латунь, чугун, происходит активное взаимодействие цветного литья с кислородом из атмосферы или окислительного пламени. Реакция приводит к образованию окислов с высокой температурой плавления, которые создают вредную пленку и затрудняют переход вещества на поверхности в жидкое состояние. Сварочный материал под названием флюс, состоящий из пасты или порошка соответствующего состава, применяют для защиты поверхности расплавленной массы. Материалом служит борная кислота, прокаленная бура. Флюсы не используют при сварке легированных сталей.

Сварка и свариваемые материалы Т.1

4.2.1. Изменение размеров разделки кромок при сварке

Перемещения кромок свариваемых деталей в направлении поперек шва происходят за счет местного расширения металла вблизи сварочного источника и поперечной усадки уже заваренного и остывающего участка шва. В случае электрошлаковой сварки, когда поперечная усадка составляет несколько миллиметров, а шов до нескольких метров длины, перемещения кромок могут привести к прекращению процесса сварки либо за счет увеличения зазора и вытекания сварочной ванны, либо за счет полного закрывания зазора и невозможности подачи присадочной проволоки. В тех случаях, когда не происходит полной остановки сварочного процесса, возможно существенное изменение качества сварки, так как при изменении сварочного зазора изменяются состав и свойства шва. При дуговой сварке возможно также появление непроваров и натеков металла в корне шва. Продольная усадка часто вызывает искривление свариваемых пластин в плоскости (серповидность) и потерю устойчивости. При этом взаимные перемещения кромок в плоскости свариваемых пластин и в направлении толщины суммируются с погрешностями формы свариваемых кромок и погрешностями при сборке и могут приводить к невозможности сварки и снижению качества сварного шва. Значительные перемещения кромок в направлении толщины пластин наблюдаются при сварке тонколистовых конструкций малой жесткости.

4.2.2. Изменение формы и размеров конструкции

Искажения, вызванные наложением сварных швов, ухудшают внешний вид, а иногда и снижают работоспособность конструкции. В листовых конструкциях причиной перемещений являются угловые деформации и потеря устойчивости при продольной усадке. Балки от наложения продольных и поперечных швов испытывают укорочение, изгиб и закручивание (рис. 4.8). Оценить величину перемещений можно с помощью методов, приведенных в 4.3.1.4.

4.2.3. Остаточные напряжения

Остаточные растягивающие напряжения создают в металле запас энергии, который может способствовать разрушению металла. Они также способствуют ускорению коррозионных процессов. Связанные с ними пластические деформации приводят к уменьшению пластичности соединения. Складываясь с рабочими напряжениями, остаточные напряжения ухудшают работоспособность конструкции: сжатые элементы могут потерять устойчивость; в элементах, работающих при переменных нагрузках, снижается предел выносливости; в элементах, работающих на изгиб, уменьшается жесткость сечения за счет перехода части сечения в пластическое состояние. Остаточные напряжения существенно влияют на точность и стабильность размеров сварных деталей. При механической обработке за счет перераспределения остаточных напряжений происходит изменение формы и размеров детали. Под действием остаточных напряжений возникают деформации ползучести, особенно при повышенных температурах. При первом приложении рабочей нагрузки рабочие напряжения, складываясь с остаточными, могут в отдельных местах превысить предел текучести и вы-. звать пластические деформации. Происходящие под действием остаточных напряжений деформации обычно не превышают долей процента.

4.3. Определение сварочных деформаций, напряжений и перемещений

4.3.1. Расчетные методы

4.3.1.1. Основные этапы расчета.

Расчет сварочных деформаций и напряжений состоит из определения:

1) температурных полей при сварке;

2) свободных температурных деформаций и деформаций от структурных превращений, механических свойств материала, зависящих от температуры;

3) собственных деформаций, напряжений и перемещений. Для проведения расчета необходимы следующие исходные

данные:

1. Характеристики сварочного источника нагрева, условия теплоотвода и теплофизические свойства материалов (коэффициенты теплоемкости ср. теплопроводности теплоотдачи с поверхности ). Справочные данные и методы расчета температурных полей приведены в главе 2.

2. Дилатометрические характеристики материалов, образующих сварное соединение. В случае сварки разнородных материалов или применения присадочного материала …

Предохранительные водяные затворы

Приспособления для защиты резинового трубопровода и газового генератора от возврата обратного огня из горелки называют затвором. Требования к сварочным материалам определяют, что водяной затвор конструируется таким образом, что не дает воспламениться кислородной или ацетиленовой массе в отверстии горелки или резака. Водяной затвор обязательно присутствует в комплектации аппарата, это требование противопожарной безопасности, которое обязательно выполняется. Затвор ставится на промежутке между резаком и горелкой, по инструкции он находится в исправном состоянии и периодически наполняется водой до положенного уровня. Это приспособление является главным в цепи сварочного оборудования.

Баллоны для хранения сжатых газов

Баллоны изготавливают в виде стальных сосудов цилиндрической формы. Конусное отверстие в области горловины закрывается запорным вентилем на резьбе. Соединение стенок баллона производится бесшовным способом, материалом служит легированная и углеродистая сталь. Наружная окраска дает возможность распознать вид газа, помещенного внутрь. Кислород транспортируют в голубых сосудах, ацетиленовые баллоны красят в белый цвет, желто-зеленый оттенок говорит о содержании водорода, остальные горючие газы помещают в красные емкости.

На верхней части баллона пишутся паспортные данные газа. Требование к хранению сварочных материалов предписывает устанавливать баллоны вертикально и крепить к стене хомутом. Вентили баллонов для хранения кислорода изготавливают из латуни, применение сталей не разрешается из-за коррозии материалов в газовой среде. Краны ацетиленовых газовых баллонов делают стальными, запрещается использовать медь и сплав с содержанием меди свыше 70%. Ацетилен во взаимодействии с медью образует взрывчатую смесь.

Газовые редукторы

Такой сварочный материал, как редуктор, служит для сброса газового давления из баллона и поддержания показателя на постоянном уровне в процессе всего времени работы, независимо от понижения напора вещества в баллоне. Редукторы выпускают двухкамерные и однокамерные. Первые работают более продуктивно, поддерживают неизменное давление и не замерзают при длительном использовании газовых смесей. Для подачи газа в горелку служат резиновые шланги с тканевыми прокладками, которые проходят предварительное испытание на прочность и выдержку напора, о чем существуют специальные документы. Отдельно применяют шланги для кислорода и ацетилена. Для подачи керосина и бензина используют рукава из материала, стойкого к бензину.

Требования к материалам для сварки

Для любого типа сварки используются материалы в соответствии со строгими стандартами, где четко обозначены требования к приемке и контролю. Все партии, пошедшие на изготовление сварочных материалов в заводских условиях, снабжаются сертификатом с указанием технических показателей: знак товарной принадлежности изготовителя; условные обозначения, состоящие из букв и цифр, показывающих марку и тип; заводской номер партии плавки и смены; показатель поверхностного состояния электрода или проволоки; химический состав сплава с указанием процентного соотношения; механические характеристики получаемого наплавленного шва; вес нетто.

Общими требованиями для всех электродов являются стабильно горящая дуга, хорошо сформированный шов. Металл полученной наплавки соответствует предварительно заданному химическому составу, расплавление стержня при работе идет равномерно, без разбрызгивания и выделения токсических веществ. Проволока способствует производству высококачественной сварки, шлак с поверхности шва удаляется легко, покрытие шва отличается прочностью. Электроды сохраняют технические параметры в течение длительного времени. Для выполнения процесса сварки важна каждая деталь. Применение качественных материалов в работе играет не последнюю роль в процессе стойкого и прочного соединения металлов.

ТРЕБОВАНИЯ К ПОДГОТОВКЕ И ХРАНЕНИЮ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Транспортировать и хранить проволоку следует в условиях, исключающих ее ржавление, загрязнение и механическое повреждение.

Если же поверхность проволоки загрязнена или покрыта ржавчиной, то перед употреблением ее необходимо очистить. Проволоку очищают при намотке ее на кассеты в специальных станках, используя наждачные круги. Для удаления масел используют керосин, Уайт-спирит, бензин и др. На некоторых заводах для устранения влаги применяют термическую обработку: прокалку при температуре 100—150 °С.

Наличие следов смазки ила других загрязнений не допускается. В большинстве случаев требуется и очистка от оксидов. Для удаления жировых загрязнений применяют обезжиривание. Оксидную пленку удаляют травлением, химическим и электрохимическим полированием.

Сварочная проволока должна быть очищена химическим способом в такой последовательности:

• удаление консервирующей смазки промывкой горячей водой или растворителями (ацетон, Уайт-спирит);
• травление проволоки в течение 5—20 мин в растворе состава: едкий натр 8—12 г/л, кальцинированная сода 40—50 г/л, тринатрийфосфат 40—50 г/л;
• промывка в горячей воде при температуре не ниже 50 С С;

• промывка в холодной проточной воде;
• осветление в растворе, состоящем из хромового ангидрида (100 г/л) и серной кислоты плотностью 1,84 г/см 3 (10 мг/л) при температуре 15—25 С С. Осветление производится до исчезновения темного налета;

• промывка в холодной проточной воде;
• промывка в горячей проточной воде при температуре не ниже 50°С;
• сушка при температуре 60—80°С до полного удаления влаги.

Срок хранения готовой к сварке проволоки не должен превышать одних суток.

Необходимость в обработке электродной проволоки перед сваркой отпадает, если использовать омедненную проволоку.

Контроль качества сварочной проволоки. ГОСТ 2246—70 на стальную сварочную проволоку и 10543—63 на проволоку стальную наплавочную устанавливают: марку и диаметры сварочной проволоки, химический состав, правила приемки и методы испытания, требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению.

Каждая бухта сварочной проволоки должна иметь металлическую бирку, на которой указано наименование и товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки согласно стандарту и номер партии.

В сертификате, сопровождающем партию проволоки имеются следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки, номер плавки и партии, состояние поверхности проволоки (омедненная или неомедненная), химический состав в процентах, результаты испытаний на растяжение, масса провалом (нетто) в килограммах.

Таким образом, наличие бирки, прикрепленной к бухте сварочной проволоки, а также сертификата на проволоку является гарантией того, что проволока пригодна для сварки. На поверхности сварочной проволоки не должно быть окалины, ржавчины, грязи и масла. Проволока из высоколегированной стали не должна иметь остатков графитовой смазки.

Сварочную проволоку, на которую не имеется документации, подвергают тщательному контролю. Наиболее важным является проверка химического состава проволоки, для чего от каждой партии отбирают на анализ, устанавливают марку сварочной проволоки и определяют возможность ее применения для сварки в соответствии с технологическим процессом.

Контроль качества электродов. При сварке конструкций, в чертежах которых указан тип электрода, нельзя применять электроды, не имеющие сертификата. Электроды без сертификата тщательно контролируют. При этом в соответствии с ГОСТ 9466—60, 9467—60, 10051—62, 10052—62* проверяют прочность покрытия, сварочные свойства электродов, определяют механические свойства металла шва и сварного соединения на образцах, сваренных электродами из проверяемой партии. О пригодности электродов для сварки судят также и по качеству наплавленного металла, который не должен иметь пор, трещин и шлаковых включений.

Внешний вид электродов должен удовлетворять требованиям стандарта, где указывается, что покрытие электрода должно быть прочным, плотным, без пор, трещин, вздутий и комков неразмешанных компонентов. Электроды с отсыревшим покрытием в производство не допускаются.

Электроды прошедшие проверку подготавливают к сварке в сухожаровом шкафу, где поддаются прокалке при температуре 100-150°С, дабы удалить из покрытия воду.