Материаловедение. Учебник для студентов высших учебных заведений Арзамасов В. Б., Волчков А. Н
 Скачать 4.56 Mb.
|
|
Сварка взрывом Сварка взрывом – сварка с применением давления, при которой, соединение осуществляется в результате вызванного взрывом соударения свариваемых частей. При осуществлении сварки взрывам химическая энергия превращения заряда взрывчатого вещества (ВВ) в газообразные продукты взрыва трансформируется в механическую энергию их расширения, сообщая одной из свариваемых заготовок большую скорость перемещения. Кинетическая энергия соударения движущейся части с поверхностью неподвижной части затрачивается на работу совместной пластической деформации контактирующих слоев металла, приводящей к образованию сварного соединения. Работа пластической деформации переходит в тепло, которое вследствие адиабатического характера процесса из-за больших скоростей может разогревать металл в зоне соединения до высоких температур (вплоть до оплавления локальных объемов). Принципиальная схема сварки взрывом показана на рис. 14.21. Рис. 14.21. Схема сварки взрывом: 1 – основание; 2, 6 – заготовки; 3 – взрывчатое вещество; 4 – детонатор; 5 – технологические опоры; h – зазор; H – толщина слоя взрывчатого вещества. На основании 1 (земляной грунт, дерево, металл и т. п.) расположена одна из свариваемых заготовок 6 (в простейшем случае пластина), над ней параллельно, с определенным зазором h, на технологических опорах 5, расположена вторая заготовка 2 (метаемая заготовка). На ее внешней поверхности находится заряд ВВ 3 заданной высоты H и площади (как правило, равной площади заготовки 2). В одном из концов заряда ВВ находится детонатор 4. При инициировании заряда ВВ по нему распространяется фронт детонационной волны со скоростьюлежащей для существующих ВВ в пределах 2000…8000 м/с. Образующиеся позади него 379 газообразные продукты взрыва в течение короткого времени по инерции сохраняют прежний объем ВВ, находясь в нем под давлением 100…200 тыс. ати, Далее газообразные продукты взрыва расширяются по нормалям к свободным поверхностям заряда, сообщая находящемуся под ними участку металла импульс. Под действием этого импульса объемы метаемой заготовки последовательно вовлекаются в ускоренное движение к поверхности неподвижной заготвоке и соударяются с ней. Вызываемое этим движением всестороннее неравномерное сжатие заставляет металл поверхностных слоев обеих соударяющихся заготовок совместно деформироваться, что приводит к тесному сближению свариваемых частей. При этом окисные пленки и. другие поверхностные загрязнения дробятся, рассредоточиваются, а также выносятся наружу под действием кумулятивного эффекта. Требуемая для второй стадии процесса энергия активации обеспечивается за счет работы пластической деформации и вызываемого ею нагрева. Объемная диффузия из-за скоротечности процесса, несмотря на нагрев, развиваться не успевает, что позволяет широко применять сварку взрывом для соединения разнородных металлов и сплавов. Перспективы и области применения сварки взрывом определяются способностью создавать в твердой фазе прочные соединения за счет поверхностных металлических связей без развития объемной диффузии вследствие скоротечности процесса на больших, практически неограниченных площадях (20 м 2 ). Это позволяет применять сварку взрывом для: изготовления композиционных слябов с высокопрочным соединением слоев из разнородных металлов, сплавов и сталей для прокатки в двух и многослойные листы; непосредственного изготовления биметаллических листов металлов и сплавов в любых сочетаниях; изготовления сплошных и полых цилиндрических композиционных заготовок для профильного проката и непосредственного использования в деталях машин; непосредственной облицовки заготовок деталей машин (например, лопастей гидротурбин, лемехов плугов) металлами и сплавами; изготовления из 380 разнородных металлов и сплавов плоских композиционных карточек с высокопрочным соединением слоев, вырезки из них поперек слоев переходников необходимой конфигурации (полос, колец, фланцев и т. п.) и вварки их обычными способами между деталями из одноименных материалов; в этом случае открываются широкие возможности для создания композиций с промежуточными слоями, играющими при нагревах роль диффузионных барьеров между основными, и для повышения прочности и работоспособности таких переходников с помощью контактного упрочнения промежуточных слоев при уменьшении их относительной толщины в неограниченных пределах; изготовления в виде плоских листов и цилиндрических обечаек волокнистых композиционных материалов с неограниченным числом слоев матрицы и волокон; изготовления некоторых типов сварных соединений между элементами конструкций из однородных и разнородных материалов (например, труб с трубными досками); нанесения порошковых покрытий на металлические поверхности. 14.6. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ВИДЫ СВАРКИ К электромеханическим видам сварки относятся все способы контактной сварки. Контактная сварка Контактная сварка – сварка с применением давления, при которой, используется тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при прохождении электрического тока. Для осуществления контактной сварки кратковременно нагревают место соединения электрическим током с последующей осадкой разогретых заготовок. В процессе осадки пластически деформируются внешние слои заготовок, и формируется сварное соединение. Количество выделяемой теплоты определяется законом Джоуля – Ленца: Q=I 2 R ∑ t, где: Q –количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока по сварочной цепи, в Дж,; I- сварочный ток; R ∑ - полное омическое сопротивление сварочной цепи; t – время прохождения тока по 381 сварочной цепи. Полное сопротивление сварочной цепи складывается из: суммарного сопротивления тел заготовок и электрической подводки (R заг + R эл ) и сопротивления сварочного стыка (R с ). Наличие выступов и впадин микронеровностей и различного вида пленок на поверхностях сварочного стыка определяет повышенное электрическое сопротивление R с . При этом: (R заг + R эл )<< R с . Поэтому, при прохождении по сварочной цепи электрического тока максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта заготовок. В результате высокой плотности тока в зоне контакта металл разогревается до термопластического состояния или до оплавления. При непрерывном сдавливании нагретых заготовок металл в зоне контакта пластически деформируется, разрушаются и удаляются к периферии стыка оксидные пленки, происходи сближение поверхностей до расстояний меньших межатомных – образуется сварное соединение. Различают контактную сварку: стыковую, точечную, рельефную и шовную. Стыковая контактная сварка (СКС) – контактная сварка, при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхностям стыкуемых торцов. Схема установки для СКС показана на рис. 14.22, а. На станине 2 установлены две плиты: неподвижная 3 и подвижная 6, перемещаемая по направляющим 7. Заготовки 4 устанавливаются в зажимах 5. Сварочный ток подается от трансформатора 1. При перемещении плиты 7, заготовки сжимаются проковочным усилием Р. СКС соединяют круглые и не круглые стержни ( рис. 14.22, в) (одинакового или различных диаметров), круглые или некруглые стержни к плоской заготовке, плоские или кольцевые заготовки. 382 Рис. 14.22. Стыковая контактная сварка: а – схема установки; б – типовые заготовки; 1 - трансформатор; 2 – станина; 3 – неподвижная плита; 4 – заготовки; 5 - зажимы; 6 – подвижная плита; 7 – направляющие; Р – усилие сжатия В зависимости от степени разогрева торцов заготовок различают: сварку сопротивлением и оплавлением. СКС сопротивлением – сварка, при которой нагрев металла осуществляется без оплавления стыкуемых торцов. Для правильного формирования сварного шва необходимо протекание процесса сварки в определенной последовательности. Совместное графическое изображение изменения в процессе сварки тока и давления называют циклограммой сварки ( рис. 14.23, а). Процесс сварки идет в три этапа: предварительный прижим заготовок; разогрев торцов; проковка (прижим заготовок и выдержка). Перед сваркой заготовки необходимо очистить от оксидных пленок, их торцы должны по форме соответствовать друг другу ( рис. 14.23, б). Торцы должны иметь простой периметр (круг, квадрат, прямоугольник с малым соотношением сторон) и быть плотно прижаты друг другу предварительной механической обработкой. Соединения, сваренные сваркой сопротивлением, характеризуются плавным очертанием. Рис. 14.23. СКС сопротивлением: а – циклограммы; б – подготовка торцов заготовок; I – ток; Р – давление; t – время; 1 - предварительный прижим заготовок; 2 - разогрев торцов; 3 - проковка (прижим заготовок и выдержка). 383 Сваркой сопротивлением соединяют заготовки из низкоуглеродистых, низколегированных конструкционных сталей; алюминиевых сплавов; сечением до 200 мм 2 СКС оплавлением – стыковая контактная сварка, при которой нагрев металла сопровождается оплавлением стыкуемых торцов. Сварка оплавлением имеет две разновидности: сварка с непрерывным и прерывистым оплавлением. При непрерывном оплавлении ( рис. 14.24, а) заготовки устанавливают в электродах машины с набольшим зазором по торцам. После подключения источника тока, заготовки сближают. Вначале соприкосновение заготовок происходит по небольшим площадкам, через которые протекает ток высокой плотности. Между торцами заготовок появляются перемычки из жидкого металла. Одновременно возрастает сварочный ток и развивается температура до 8000 о С. Под воздействием высокой температуры перемычки испаряются. Давление паров металла в момент испарения перемычек достигает сотен атмосфер. Под действием магнитного поля, часть металла в виде искр (капель) и паров выбрасывается из стыка. Вместе с металлом из стыка выбрасываются и загрязнения (оксидные пленки), которые находились на торцах. По мере сближения заготовок число контактов (оплавляемых выступов) увеличивается. После равномерного оплавления всей поверхности свариваемого стыка, отключают сварочный ток и осаживают заготовки. При этом жидкий металл и часть пластически деформированного металла из стыка, выдавливается наружу, образуя грат. Циклограмма сварки показана на рис. 14.24, б. 384 Рис. 14.24. СКС оплавлением: а – схема сварки; б – циклограммы; I – ток; Р – давление; S – осадка; t – время. При прерывистом оплавлении, заготовки под током приводят в кратковременное соприкосновение и вновь разводят на небольшое расстояние. При смыкании заготовок происходит прерывистое оплавление торцов, заготовки укорачиваются на заданную величину и одновременно равномерно разогреваются по сечению. Число смыканий может быть от двух до нескольких десятков, в зависимости от размеров сечения заготовок. После равномерного оплавления всей поверхности свариваемого стыка, отключают сварочный ток и осаживают заготовки.В процессе сварки оплавлением выравниваются неровности стыка, удаляются из стыка все оксиды и загрязнения. Поэтому не требуется особой предварительной подготовки торцов. Сварка позволяет соединять заготовки из разнородных металлов (быстрорежущая и углеродистая стали; медь и алюминий …) сечением сложной формы. Однако, расплавленный металл, застывая, образует грат, который необходимо удалять механическим способом. СКС широко применяется: для получения из проката длинных изделий или заготовок, поступающих в дальнейшую переработку; для изготовления деталей замкнутой формы (звеньев цепей; ободов автомобильных колес; колец жесткости для реактивных двигателей; зубчатых венцов; оконных 385 переплетов из легких сплавов и др.); для экономического образования сложных деталей из простых катаных, кованых, штампованных или механически обработанных заготовок, часто прошедших перед сваркой окончательную термическую обработку (например: кожух карданного вала автомобиля сваривают из трубы и двух поковок; тягу самолета, сваривают из трубы и двух штампованных проушин); для экономии легированных сталей (например: рабочая часть сверла из быстрорежущей стали сваривается с хвостовиком из низкоуглеродистой стали; заготовку клапана двигателя внутреннего сгорания, получают сваркой стержня из жаропрочной стали, образующего после высадки головку клапана, и хвостовика из конструкционной стали); для уменьшения отходов (например: сварка прутков арматуры железобетона в бесконечную плеть с отрезкой от нее стержней заданной длины; сварка коротких угольников, швеллеров и т. д.). Точечная контактная сварка (ТКС) – контактная сварка, при которой сварное соединение получается между торцами электродов, передающих усилие сжатия. ТКС широко применяется в штампосварных конструкциях, в которых две или более деталей, штампованные из листа, свариваются в жесткий каркасный узел (кузов легкового автомобиля, кабина грузовика, боковина и крыша пассажирского вагона, бункер комбайна, узлы самолёта и т. п.). Сварка дает лучшие результаты при изготовлении узлов из относительно тонкого металла (в стальных конструкциях большого размера суммарная толщина свариваемых листов лежит в пределах 2…4 мм; в небольших узлах, легко подаваемых к мощным стационарным машинам – 5…6 мм). Важная область ТКС – соединение очень тонких деталей в электровакуумной технике, приборостроении и т. п. При сварке в массовом производстве с большим количеством точек (арматурных сеток, кузова автомобилей и т. п.) успешно применяется многоточечные машины. Общая мощность таковых машин превышает 1000 ква. 386 Перед началом сварки контактные поверхности зачищают и обезжиривают. Заготовки 1 устанавливают между нижним и верхним электродами 2 сварочной машины ( рис. 14.25, а). Далее заготовки сжимают и подают ток. Прогрев осуществляют до появления жидкой точки 3 между контактными поверхностями. После этого производят проковку. Рис. 14.25. Схемы точечной контактной сварки: а – двухсторон ней; б – односторонней; 1 – заготовки; 2 – электрод; 3 - жидкая точка; 4 – уплотняющий поясок; 5 - подкладка; I ит – ток источника тока; I св – сварочный ток; I 1ш – ток шунтирования в верхней заготовке, I 2ш – ток шунтирования между сварными точками; I п – ток шунтирования в подкладке; h – величина проплавления; d – диаметр жидкой точки. Для соединения заготовок одновременно в двух точках применяют одностороннюю сварку ( рис. 14.25, б). Для этого, заготовки устанавливают на медную плиту и прижимают электродами, расположенными с одной стороны заготовок. При односторонней сварке необходимо учитывать шунтирование тока: в верхней заготовке (I 1ш ), между сварными точками (I 2ш ) и в медной пластине (I cu ). 2I св =I 1ш -I 2ш -I Cu ; где: I ит –ток источника тока; I св - сварочный ток, необходимый для получения одной сварной точки. Нагрев при ТКС характеризуется малой продолжительностью (от тысячных долей секунды до нескольких секунд) и значительной неравномерностью. Наиболее интенсивно нагревается центральный столбик, в пределах которого плотность тока наибольшая. Окружающий металл нагревается протекающим в нем током малой плотности и за счёт теплопередачи (скорость нагрева 387 значительно меньше). В начале нагрева ток имеет наибольшую плотность в области, прилегающей к контакту между свариваемыми деталями, а в дальнейшем интенсивное тепловыделение поддерживается здесь из-за роста удельного сопротивления при нагреве. Поэтому наиболее быстро нагревается центральная зона точки – её чечевицеобразное ядро, показанное в сечении на рис. 14.25, а. Образованию ядра такой формы способствует интенсивный отвод тепла в охлаждаемые электроды. При нагреве до некоторой критической температуры в контакте между деталями под действием силы «Р» начинают образовываться общие зёрна – начинается сварка без расплавления. Дальнейший нагрев ведёт к расплавлению ядра, образующего после кристаллизации прочное соединение между деталями. Расплавленный металл удерживается в ядре окружающим его кольцом плотно сжатого, пластичного металла. При нарушении плотности этого кольца жидкий металл, сдавленный в ядре, частично выбрасывается - происходит выплеск. Выплеск происходит в начале процесса при слишком быстром нагреве и недостаточном давлении, металл плавится до образования уплотняющего кольца или к концу чрезмерного нагрева, когда из-за значительного увеличения диаметра ядра его тонкая оболочка прогибается, растёт гидростатическое давление в ядре и кольцо прорывается. Основными параметрами режима точечной сварки являются: сварочный ток, продолжительность его включения, усилие на электродах и размеры их контактной поверхности. Различают сварку на мягких и жестких режимах. Для мягкого режима характерны: большая продолжительность протекания сварочного тока (0,5…3 с); плавный нагрев металла с большой з.т.в.; обеспечение минимального диаметра ядра. Этот режим целесообразен для сварки углеродистых и низколегированных сталей, склонных к закалке. Для жесткого режима характерны: предельно возможный сварочный ток; малая продолжительность протекания сварочного тока (0,001…0,01 с); большое усилие сжатия электродов. Такой режим рекомендуется для сварки высоколегированных сталей, алюминиевых и медных сплавов. 388 ТКС не позволяет получить непрерывный шов. Размещение сварных точек определяется условиями шунтирования и беспрепятственной пластической деформации. Минимальное расстояние между сварными точками должно быть более 10 суммарных толщин свариваемых листов. С увеличением толщины деталей увеличивается минимальный допустимый шаг точек и их наименьшее расстояние до элементов, затрудняющих деформацию деталей. ТКС можно сваривать листы разной толщины. При этом надо учитывать, что ядро сварной точки будет смещаться к центру пакета. Поэтому, для того чтобы сварная точка была на границе листов, соотношение толщин листов должно быть не более трех. Шовная контактная сварка (ШКС) – контактная сварка, при которой соединение свариваемых частей происходит между вращающимися дисковыми электродами, передающими усилие сжатия. ШКС предназначена для соединения листовых материалов непрерывным швом. Для этого, заготовки размещают между вращающимися роликами – электродами. ШКС, так же как и ТКС, можно выполнять при одностороннем расположении электродов ( рис. 14.26, а). Различают непрерывную и импульсную ШКС ( рис. 14.26, б). При непрерывной сварке происходит перегрев металла шва и околошовной зоны, что отрицательно сказывается на качестве шва и работоспособности роликов. При импульсной подаче тока перегрева металла не происходит. При этом необходимо, что бы сварные точки перекрывали друг друга на 1/3 или на 1/4 их диаметра. Из-за большого влияния шунтирования нецелесообразно сваривать листы суммарной толщины более трех мм. 389 Рис. 14.26. Шовная контактная сварка: а – схемы; б – циклограммы; I – ток; Р – давление; t – время. Рельефная сварка (РФ) – контактная сварка, при которой сварное соединение получается на отдельных участках, обусловленных их геометрической формой, в том числе по выступам ( рис. 14.27). Рис. 14.27. Схема рельефной сварки: 1 – верхний электрод; 2 – листовая заготовка с отштампованным рельефом; 3 – листовая заготовка без рельефа; 4 – нижний электрод; P – усилие сжатия заготовок. При РФ листовых заготовокна одной из них, предварительно изготавливают рельеф (выступы круглой, продольной, кольцевой или иной формы). Далее заготовки сжимают и подают ток. Прогрев осуществляют до появления жидких точек между контактными поверхностями. После этого производят проковку. Форма, размеры и число выступов рельефа выбираются в зависимости от формы и толщины свариваемых заготовок, а также в зависимости от назначения готового изделия. В качестве рельефа можно использовать и естественные грани или ребра заготовок, образовавшиеся при штамповке, прокатке или механической обработке. Точность выполнения рельефа должна обеспечивать равномерное распределение сварочного тока и 390 усилия сжатия. Режим сварки доложен обеспечивать оптимальную скорость нагрева рельефов по всем сварным точкам. 14.7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ Низкоуглеродистые и большинство низколегированных конструкционных сталей обладают хорошей свариваемостью. Основная трудность при их сварке заключается в закалке з.т.в., и возможности образования холодных трещин. Склонность к образованию холодных трещин повышается при насыщении металла шва водородом, который понижает пластичность металла. Источником водорода служит влага, содержащаяся в электродных покрытиях, флюсах, защитных газах. Для предотвращения появления холодных трещин рекомендуется: При дуговой сварке; замедлять охлаждение сварного шва (предварительный и сопутствующий сварке подогрев заготовок до 100…300 о С); не проводить сварку в помещениях со сквозняком; прокаливать электроды и флюсы (T= 600…700 о С); Применять для сварки электроды с покрытием основного типа. Заменять однослойную сварку многослойной. При этом сварку ведут валиками небольшого сечения по неостывшим (ниже 100…300° С) нижним слоям металла. Вести сварку на постоянном токе обратной полярности. непосредственно после сварки производить отпуск изделий до температуры 300°С и выше. при электрических способах сварки работать на мягких режимах (длительный нагрев заготовок и быстрое удаление сваренного изделия из зоны сварки). Контактную и стыковую сварку производить методом прерывистого оплавления, что обеспечивает подогрев деталей перед сваркой. Трудности при сварке высокохромистых и хромоникелевых сталей связаны с тем, что: при продолжительном пребывании металла в зоне температур 500…800°С и в процессе охлаждения в области высоких температур (около 1000°С) возможно выпадение карбидов хрома на границах зерен, что увеличивает склонность к межкристаллитной коррозии и снижает 391 коррозионную стойкость стали; и возможна закалка шва и в з.т.в. с образованием холодных трещин. С целью предупреждения межкристаллитной коррозии необходимо: Производить сварку при малых погонных энергиях, т.е. применять пониженные значения тока и накладывать валики малого сечения с целью обеспечить большие скорости охлаждения при сварке. Применять теплоотводящие медные подкладки или водяное охлаждение. Вводить в сталь и наплавленный металл, сильные карбидообразователи (титан, ниобий), способные связать углерод в карбиды. После сварки необходимо производить отжиг (900 о С) изделия. Для предупреждения горячих трещин рекомендуется сваривать заготовки с подогревом до 200…300°С, вводить в сварочные материалы легирующие элементы, способствующие измельчению кристаллов (кремний, алюминий, марганец, молибден) и снижать содержание углерода. Эти стали имеют повышенное электрическое сопротивление и низкую теплопроводность, поэтому хорошо свариваются контактной сваркой. При сварке хромоникелевых сталей с повышенным содержанием хрома (до 25%) и никеля (до 20%) металл шва склонен к образованию крупнокристаллической первичной структуры и возникновению горячих трещин. Для уменьшения образования горячих трещин необходимо: применять специальную аустенитную сварочную проволоку (сталь св Х25Н15Г7ВЗ, сталь св Х25Н15Г7Ф); основные электродные покрытия и флюсы; вести сварку на небольших токах и пониженном напряжении. Для того чтобы получать широкие и выпуклые, а не вогнутые сварные швы; в отдельных случаях полезно применить подогрев до 300…400°С. Чугуны относятся к группе материалов, обладающих плохой технологической свариваемостью. Это вызвано несколькими причинами: В связи с повышенной жидкотекучестью чугуна затруднено удерживание расплавленного металла шва от вытекания. Склонность чугуна при высоких скоростях охлаждения закаливаться с образованием хрупких закалочных структур приводит к образованию холодных трещин. Кроме того, при 392 быстром охлаждении происходит отбеливание сварного соединения и на границе сварного шва и основного металла образуется тонкая прослойка из белого чугуна. Поскольку эта прослойка непластична, то при незначительных деформациях по ней происходит разрушение шва. Чугун сваривают при выполнении ремонтных работ и исправлении дефектов в отливках. Качество сварного соединения чугунных изделий характеризуется: обрабатываемостью обычным режущим инструментом, твердостью металла шва, з.т.в. и основного металла; равнопрочностью соединения; однотипностью наплавленного и основного металла по химическому составу и структуре Горячую сварку чугуна выполняют с предварительным подогревом свариваемой заготовки. Необходимость предварительного подогрева объясняется тем, что чугунная наплавка на холодное изделие быстро охлаждается, особенно в интервалах температур 1200…600°С. Температура предварительного подогрева определяется: размерами заготовок; общей жесткостью места, подлежащего заварке; толщиной стенок; объемом наплавляемого металла; структурой чугуна. Для большинства заготовок подогрев до 400…450°С обеспечивает возможность получения качественного сварного соединения и создает условия, исключающие трещинообразование. Для заделки литейных пороков применяют электродуговую сварку угольным, графитовым электродом или чугунными электродами со стабилизирующим покрытием. Перед сваркой вырубают дефектные места и заформовывают полученную впадину графитом и кварцевым песком. Для улучшения процесса сварки применяют флюс на основе безводной технической буры (Na 2 В 4 О 7 ), прокаленной при температуре около 400°С и растертой в порошок, или флюс, состоящий из 23% технической прокаленной буры 27%, соды (Са 2 СО 3 ) и 50% азотнокислого натрия (NaNО 3 ). Сваренное изделие охлаждают вместе с печкой. сварное соединение обладает механическими свойствами, структурой и химическим составом, свойственным серым литейным чугунам. 393 При заварке литейных дефектов в крупногабаритных заготовках, а также при ремонтной сварке (например, приварка отбитого прилива, наплавка недолитой части, заварка локальной трещины …) применяют сварку с местным подогревом заготовки. Технологически этот вид сварки отличается от горячей сварки только местным подогревом заготовки. Сварка с местным подогревом значительно уменьшает время на подогрев и охлаждение детали и облегчает условия труда сварщика. Холодную сварку чугуна производят без подогрева заготовки. К холодной сварке чугуна относится электродуговая сварка с применением стальных; медно-железных; медно-никелевых электродов и электродов из никелевого аустенитного чугуна. Сварка стальными электродами (со стабилизирующим покрытием, или покрытием с карбидообразующими элементами) производится с применением шпилек. Сталь при наплавке на чугун плохо сцепляется с ним из-за разной усадки. Кроме того, наплавленная на чугун сталь обогащается углеродом в зоне плавления, становится хрупкой, склонной к закалке, и дает при остывании трещины. Поэтому при сварке чугуна для более надежного сцепления наплавленного металла с основным, на кромках в шахматном порядке ставят на резьбе стальные шпильки. Шпильки обваривают кругом, после чего шов заполняют наплавленным металлом. Сварка обеспечивает шов, хорошо обрабатываемый резанием. Медь и никель в составе электродов способствуют графитизации чугуна и препятствуют его отбеливанию. 14.8. КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Дефект изделия – каждое отдельное несоответствие изделия требованиям, установленным нормативной документацией. В сварочном производстве различают дефекты подготовки и сборки заготовок под сварку и собственно сварочные дефекты. Дефекты подготовки и сборки проявляются в неправильных углах скоса кромок, непостоянстве зазора между стыкуемыми кромками, расслоениях и загрязнениях на 394 кромках, несовпадении стыкуемых поверхностей, несоответствии линейных и угловых размеров изделия чертежу и т.д. основные причины этих дефектов – ошибки конструктора, несоответствие исходных материалов технологическим требованиям, неисправности технологического оборудования и оснастки, низкая квалификация сварщика и низкая технологическая дисциплина на производстве. Сварочные дефекты могут быть наружными (дефекты формы шва: наплывы, подрезы, не заделанные кратеры, прожоги) и внутренними (дефекты структуры материала и различные несплошности). Наплывы - натекание расплавленного металла электрода на нерасплавленный основной металл из-за чрезмерной силы тока при длинной дуге и большой скорости сварки, неудобного пространственного положения шва, увеличенного наклона плоскости, неправильного ведения электрода, недостаточного опыта сварщика. Подрезы – углубления в основном металле, идущие по краям шва. Возникают из-за значительного тока, повышенного напряжения дуги, неудобного пространственного положения при сварке, небрежности сварщика. Кратер – углубление в конце шва при внезапном прекращении сварки. Прожоги – сквозные отверстия в сварном шве, образующиеся в результате вытекания сварочной ванны при сварке металла небольшой толщины, и первого слоя в многослойных швах, при сварке снизу вверх вертикальных швов. Причинами прожогов являются чрезмерно высокая погонная энергия дуги, неравномерная скорость сварки, увеличенный зазор между кромками свариваемых элементов. Поджоги – возникают в результате возбуждения дуги « чирканье электродом» на краю кромки. К внутренним дефектам (несплошностям) относятся: поры, шлаковые включения, непровары, несплавления, трещины. Поры – полости округлой формы, заполненные газом. Они образуются вследствие загрязненности кромок, использования влажного флюса, отсыревших электродов, недостаточной защиты шва при сварке в СО 2 , увеличенной скорости сварки, завышенной длины дуги. Шлаковые включения в металле сварного шва - небольшие объемы, 395 заполненные неметаллическими веществами. Окисные пленки – возникают из-за: загрязненности поверхностей свариваемых элементов; плохой зачистке от шлака слоев шва при многослойной сварке; низкого качества электродного покрытия или флюса; низкой квалификации сварщика. Непровары – местные несплавления в сварном соединении. Причинами непроваров являются: плохая зачистка кромок; блуждание или отключение дуги; чрезмерная скорость сварки; смещение электрода в сторону одной из кромок; неудовлетворительное качество исходных материалов; неудовлетворительная работа сварочного оборудования; низкая квалификация сварщика. Трещины – частичное местное разрушение сварного соединения в виде разрыва. Появлению трещин способствуют факторы: сварка легированных сталей в жестко закрепленных конструкциях; высокая скорость охлаждения при сварке углеродистых сталей, склонных к закалке на воздухе; применение высокоуглеродистой электродной проволоки; использование повышенных плотностей сварного тока; недостаточный зазор между кромками деталей при электрошлаковой сварке; выполнение работ при низкой температуре или на сквозняке. Слипания - несплошности малого раскрытия на свариваемых поверхностях или кромках металла. Возникновение слипания наиболее при аргонодуговой сварке алюминиевых и магниевых сплавов и при сварке давлением. Различают три уровня контроля производства сварных конструкций: предварительный (входной), текущий и приемочный. При входном контроле устанавливают соответствие сертификационных данных в документах предприятий (производств) поставщиков и фактическое соответствие основных параметров поставляемых материалов и полуфабрикатов требованиям, предъявляемым к ним в соответствии с назначением изделия. При изготовлении ответственных конструкций сваривают контрольные образцы. Из них вырезают образцы для испытаний. По результатам испытаний оценивают качество основного и сварочных материалов, квалификацию сварщиков, корректируют технологические 396 режимы сварки. При текущем контроле проверяют соблюдение сварщиками технологических режимов, исправность технологического оборудования и оснастки. Контролируют фактические геометрические параметры сварного шва, наличие в нем дефектом и геометрические параметры сварной конструкции. Замеченные отклонения устраняются в процессе изготовления данной конструкции. Ответственные конструкции подвергаются приемочному контролю. Поверхностные дефекты и геометрические отклонения шва и конструкции в целом определяются внешним осмотром и с помощью линейно – угловых средств измерений. Проводятся испытания сварных швов на плотность, герметичность. Для выявления внутренних дефектов швы подвергаются магнитному контролю, контролю различными видами излучений (рентгеновское, гамма-излучение), контролю ультразвуком. Испытанию на плотность и герметичность подвергаются емкости, сосуды, трубопроводы, предназначенные для кратковременного или продолжительного хранения или передачи жидкостей или газов под избыточным давлением. Различают испытания: гидравлические, пневматические, с помощью течеискателей и керосином. При гидравлических испытаниях, изделие заполняют водой, создают избыточное давление (в 1,5…2 раза больше рабочего). Выдерживают изделие в течение 5…10 минут. Затем контролируют швы на наличие течи, капель, отпотеваний. При пневматических испытаниях, в изделие нагнетается воздух под избыточным давлением (на 0,01..0,02 МПа). Швы смачиваются мыльным раствором или опускают в воду. Наличие неплотности определяется по мыльным или воздушным пузырькам. При испытаниях с помощью течеискателей внутри изделия создается разряжение, а швы снаружи обдуваются воздушно - гелиевой смесью. Через неплотности гелий засасывается внутрь изделия, откуда отсасывается в течеискатель и регистрируется специальной аппаратурой. При испытаниях керосином, швы снаружи смачиваются керосином. Другая сторона шва окрашивается мелом. 397 Неплотности обнаруживаются в виде потемневших пятен на мелованной стороне. Электромагнитные методы контроля основаны на регистрации изменения взаимодействия электромагнитного поля с контролируемым объектом и эталонным образцом. Для этого используют как постоянные, так и переменные (с частотой до 10 МГц) электромагнитные поля. При взаимодействии электромагнитного поля 2 ( рис. 14.28) с исследуемым объектом 3 дефект 9 даст возмущение поля 8. Структуру поля вблизи объекта 3 можно установит с помощью подвижного датчика 4 и сканирующей системы 5. Регистрация структуры поля осуществляется измерительной 6 и записывающей 7 системами. При сравнении структуры поля эталонного объекта, не имеющего дефектов со структурой исследуемого объекта можно судить о наличии дефектов. Магнитопорошковый метод контроля основан на различии магнитного рассеивания основного металла сварного соединения и дефектных участков. Исследуемый объект намагничивают. На поверхность сварного соединения наносят масляную суспензию железной окалины. Для облегчения подвижности окалины, образец слегка простукивают. По скоплению окалины судят о наличии дефектов с глубиной залегания до 0,6 м. Рис. 14.28. . Схема установки для электромагнитного контроля: 1 – источник излучения; 2 – электромагнитное поле; 3 – исследуемый объект; 4 – датчик; 5 – сканирующая система; 6 – измерительная система; 7 – записывающая система; 8 – возмущение электромагнитного поля; 9 – дефект. 398 Радиационные методы контроля основаны на поглощении и рассеивании ионизирующего излучения 2, проходящего через исследуемый объект 3 ( рис. 14.29). Рис. 14.29. Схема радиационной дефектоскопии: 1 – источник излучения; 2 – излучение; 3 – исследуемый объект; 4 – ослабленное излучение; 5 – детектор; 6 – дефект. Степень ослабления излучения зависит от: интенсивности и энергии излучения; толщины и плотности объекта 3. Наличие в объекте дефекта (имеющего определенные размеры и иную, чем у объекта плотность) меняет характеристики ослабленного излучения 4. Следовательно, структура ослабленного излучения несет информацию о внутренней структуре объекта 3. В промышленности применяют установки с рентгеновским излучателем или с источником гамма-излучения (кобальт–60, тулий- 170, иридий -192). Промышленные рентгеновские аппараты позволяют просвечивать соединения из стали толщиной до 200мм с регистрацией дефектов, размеры которых составляют до 2% от толщины металла. Промышленные аппараты с гамма источником более компактны, чем рентгеновские, но при малых толщинах исследуемого объекта (от 50 мм) имеют низкую чувствительность. Ультразвуковые методы контроляоснованы на изменении структуры ультразвуковой волны 6 ( рис. 14.30) при прохождении участков с различной плотностью и протяженностью. Акустическое поле излучателя 5 распространяется в объеме исследуемого объекта 1. При наличии дефекта 4 акустическое поле изменяет свою структуру (появятся акустическая тень 7 и отраженная волна 3). Регистрируя с помощью приемника 2 отраженную 399 волну и приемника 8 ослабление волны, можно судить о расположении и размерах дефекта. Промышленные ультразвуковые дефектоскопы позволяют обнаружит дефекты размером 1…2 мм 2 на глубине от 1 до 250 мм. Рис. 14.30. Схема ультразвуковой дефектоскопии: 1 - исследуемый объект; 2, 8 – приемник акустических колебаний; 3 – отраженная волна; 4 – дефект; 5 – излучатель; 6 – ультразвуковая волна; 7 - тень. Контрольные вопросы 1. Что такое сварка плавлением; сварка с применением давления? 2. Что такое зона термического влияния? 3. Какую роль в сварочном процессе играет покрытие электродов? 4. Какие мероприятия необходимо предпринять по защите сварщика от воздействия ультрафиолетового излучения? 5. Почему сварка под флюсом обладает повышенной производительностью и обеспечивает качественный шов? 6. В чем заключается сущность электрошлаковой сварки? 7. В чем заключается сущность высокочастотной сварки? 8. Как работает инжекторная горелка? 9. Какие металлургические процессы происходят при газовой сварке? 10. Какие заготовки можно соединять электроннолучевой сваркой? 11. Опишите схему формирования шва при лазерной сварке. 12. В чем особенности физических явлений, протекающих при сварке трением? 400 13. Где и почему выделяется наибольшее количество тепла при контактной сварке? 14. Какие затруднения возможны при сварке хромистых высоколегированных сталей? 15. Какие дефекты могут появиться при сварке? 16. Какие методы неразрушающего контроля применяют для выявления внутренних дефектов в сварных соединениях и их сущность? |