Особенности формирования сварного шва при сварке газом

По его положению в пространстве

Газовая сварка может производиться как в нижнем, так и в вертикальном и потолочном положениях.

При малых толщинах 0,5—1,5 мм газовая сварка по производительности может превосходить дуговую, так как при последней приходится уменьшать скорость сварки очень тонкого материала во избежание прожогов. С увеличением толщины металла до-2—3 мм скорости газовой и дуговой сварки сравниваются, а затем разница в скоростях быстро возрастает с увеличением толщины металла в пользу дуговой сварки.

В некоторых случаях мягкость и постепенность нагрева газового пламени и значительный объём зоны влияния являются не недостатком, а, наоборот, преимуществом газовой сварки. К таким работам, например, относятся сварка чугуна, особо хрупких легко закаливающихся сталей, наплавка литых твёрдых сплавов, твёрдая пайка и т. д.

Сварка при различных положениях шва.

Сварку вертикальных швов снизу вверх лучше выполнять левым способом. Горизонтальные швы на вертикальной плоскости выполняют правым способом. В этом случае поток газового пламени направлен на шов, не позволяя металлу растекаться из сварочной ванны. В отличие от обычного правого способа сварку ведут справа налево, создавая небольшой перекос сварочной ванны.

Потолочные швы тоже лучше вести правым способом, так как при этой методике конец присадочной проволоки и давление газового потока препятствуют стеканию жидкого металла вниз.

Особенности газовой сварки труб

Прокладка трубопроводов диаметром до 100 мм редко обходится без сварки. При газовой сварке трубы сваривают стыковыми соединениями с выпуклым швом. Величина выпуклости шва зависит от толщины стенки и обычно находится в пределах 1 - 3 мм. Трубы с толщиной стенок до 3 мм сваривают без скоса кромок, выдерживая стык с зазором, равным половине толщины стенки трубы. При сварке труб с более толстыми стенками кромки разделывают, выполняя скос под углом 35 - 45 Острые кромки притупляют, чтобы при сварке они не оплавлялись. При сварке труб следует следить за тем, чтобы расплавленный металл не протекал во внутреннюю полость, снижая сечение трубопровода.

Сварку трубопроводов лучше всего вести поворотным методом, выдерживая нижнее положение шва.

Сварку начинают с одной из точек и выполняют четырьмя участками, разделяющими периметр трубы на четыре равные части.

Сварку ведут в последовательности, показанной на рис.10.12.

Сварка труб большого диаметра:

- А-до 300 мм;

- Б-до 600 мм;

- В-сварка без поворота трубы

Сварка козырьком

В труднодоступных местах, где нет возможности приблизить горелку к сварочному шву, выполняют сварку с козырьком (рис.10.13). Для этого в трубе вырезают козырек, сваривают труднодоступные места с внутренней стороны трубы, прикладывают козырек на место и заваривают остальные швы.

Сварка меди и ее сплавов

Первое, что надо помнить - медь сильно окисляется. Образующийся оксид снижает пластичность и механическую прочность сварного шва. Помимо всего, появляются мелкие трещины в расплавленном металле «водородная болезнь».

Медь обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью (в 6 - 7 раз выше, чем у стали), повышенным коэффициентом линейного расширения при нагревании (в 1,5 раза выше, чем у стали).

Обычно медь сваривается в виде стыковых и угловых соединений.

- Внахлестку медь не сваривается.

Медь сваривается только в один слой т.к. при накладывании второго слоя большая вероятность появления трещин. При сварке меди надо соблюдать технологическую последовательность операций. Свариваемые кромки нагреваются, на них в виде пасты наносится флюс. Флюсом покрывается и присадочный пруток. Установить горелку под углом наклона к свариваемому изделию 30 - 40°, присадочной проволоки 30 - 40°, расположить ядро пламени на расстоянии 6 - 10 мм от расплавленного металла и выполнить сварку восстановительной зоной пламени в один проход снизу вверх: левым способом при толщине листов до 5 мм, а при большей толщине - правым способом.

Латунь - это сплав меди с цинком (цинка может быть до 55 Как и медь, латунь является трудносвариваемым сплавом. Основные трудности процесса - это выгорание цинка и поглощение газов расплавленным металлом. Последствия - образование пор и снижение механической прочности соединения. Латуни, содержащие более 40% цинка, подвергают проковке при температуре 650°С, что соответствует нагреву металла до темнокрасного цвета.

Не следует забывать, что пары цинка, содержащиеся в латуни, ядовиты и это требует принятия мер для защиты органов дыхания. Лучше всего применять респиратор или постараться обеспечить бездымный технологический процесс.

Алюминий и его сплавы относительно хорошо свариваются газовой сваркой.

Газовую сварку алюминия целесообразно применять для деталей толщиной 1-5 мм. Сварка дает хорошие результаты при правильном выборе режимов и выборе флюсов, хорошо растворяющих окись алюминия.

Особое значение имеет правильный выбор мощности пламени, так как пленка окиси алюминия полностью закрывает сварочную ванну и мешает сварщику контролировать начало расплавления металла.

Алюминий и его сплавы сваривают левой сваркой, восстановительным пламенем или небольшим избытком ацетилена. Угол наклона мундштука к поверхности металла должен быть не более 45°. Для закрепления кромок делают предварительную прихватку. Допускается легкая проковка шва в холодном состоянии.

Кислородная резка металлов

Кислородная резка — процесс сгорания металлов и их сплавов в струе технически чистого кислорода. Для этого металл вдоль линии предполагаемого разреза предварительно нагревают до температуры его воспламенения в кислороде. Такая резка носит еще одно название — разделительная. Однако вышеописанную резку можно применять и для удаления поверхностного слоя металла и устранения поверхностных дефектов.

Разделительная резка

Поверхностная резка

Резаки классифицируют:

по принципу смешения газов (инжекторные и безынжекторные),

по назначению (универсальные, вставные и специальные),

по применению (для ручной и машинной резки)

по виду резки (для разделительной и поверхностной резки).

В настоящее время широко используются универсальные инжекторные ручные резаки для разделительной резки, схема строения которых представлена на рисунке .Схема строения ручного резака:

1, 2 — ниппели, 3, 4 — кислородные трубки, 5 — наружный мундштук, 6 — инжектор, 7 — смесительная камера, 8 — внутренний мундштук

Принцип действия горелки заключается в следующем. Ацетилен подается по шлангу к ниппелю 1, а кислород — к ниппелю 2. От ниппеля 2 кислород идет по двум направлениям. Одна часть кислорода, как и в обычных сварочных горелках, попадает в инжектор 6, а потом в смесительную камеру 7. В последней образуется горючая смесь кислорода с ацетиленом, который поступает через ниппель 1. Далее смесь идет по трубке, проходит через кольцевой зазор между наружным 5 и внутренним 8 мундштуками и образует подогревательное пламя. Остальная часть кислорода через трубки 3 и 4 продвигается к центральному отверстию внутреннего мундштука 8 и создает струю режущего кислорода.

Нужно сразу заметить, что данной резке поддаются только те металлы, которые удовлетворяют следующим главным требованиям.

- Температура плавления металла должна быть больше температуры воспламенения его в кислороде. В противном случае металл будет только плавиться, но не будет сгорать. (Например, низкоуглеродистая сталь имеет температуру воспламенения в кислороде 1300-1350 °С, а температуру плавления — около 1500 °С.)

- Температура плавления металла должна быть выше температуры плавления оксидов.

- Теплопроводность металла должна быть как можно меньшей, ибо теплота быстро уходит из зоны резки и подогреть такой металл до температуры воспламенения будет трудно.

- Количество выделяющейся при сгорании металла теплоты должно быть достаточно большим.

- Возникшие при резке шлаки должны быть достаточно текучими и без труда выдуваться из разреза.

Необходимо заметить, что разные металлы в разной степени подвергаются кислородной резке.

Определение скорости резки по выбросу искр:

а - медленная скорость резания; б — нормальная скорость резания; в — быстрая скорость резания

Если скорость движения резака правильная, то поток искр и шлака вырывается из разреза прямо вниз, а кромки получаются чистыми, без натеков и подплавлений. Перемещать резак нужно лишь после того, как металл будет прорезан на всю его толщину в самом начале линии резания.

Особенности газовой сварки на монтаже в зимних условиях

При сварке в условиях низких температур наблюдается повышенная скорость охлаждения при кристаллизации металла сварочной ванны и основного металла в зоне термического влияния (ЗТВ). В результате из расплавленного металла затрудняется выход на поверхность газов и оксидов, что увеличивает содержание в металле шва водорода, кислорода, азота и неметаллических включений, а это может приводить к образованию пор и горячих трещин. Повышенный отвод теплоты во время сварки толстолистового проката в условиях низких температур ухудшает проплавление основного металла, что приводит к образованию непроваров.

Для предупреждения образования дефектов рекомендуем: предусмотреть защиту сварочного поста от воздействия атмосферных осадков; выполнять сварку с предварительным подогревом до 150° С; предусмотреть использование повышенной погонной энергии при сварке; использовать многослойную сварку; выбирать такую последовательность наложения швов, которая обеспечивает дегазацию расплавленного металла и освобождение его от неметаллических включений; организовать работу так, чтобы не было перерывов, способствующих охлаждению шва до температуры 100–120° С; обеспечивать замедленное охлаждение места сварки.Следует отметить, что при температуре наружного воздуха ниже - 30 °С сварку на открытом воздухе производить не рекомендуется. При температуре - 20°С и ниже следует предварительно подогревать места сварки ацетилено - кислородными горелками, индукторами от сети переменного тока или паяльными лампами до температуры 150 - 200 °С на ширину 100 - 150 мм по обе стороны от стыка. За время сварки подогретые места не должны остывать. Врезка зимой разрешается при температуре наружного воздуха не ниже - 5 °С.

Стандартизация и контроль качества сварных швов
Дефекты сварных швов

Дефекты сварных швов и соединений, выполненных сваркой плавлением, возникают из-за нарушения требований нормативных документов к подготовке, сборке и сварке соединяемых узлов, механической и термической обработке сварных швов и самой конструкции, к сварочным материалам.

Дефекты сварных соединений могут классифицироваться по различным признакам: форме, размеру, размещению в сварном шве, причинам образования, степени опасности и т. д. Согласно стандарту дефекты сварных соединений подразделяются на шесть групп:

трещины;

полости, поры, свищи, усадочные раковины, кратеры;

твердые включения;

несплавления и непровары;

нарушения формы шва – подрезы, усадочные канавки, превышения выпуклости, превышения проплава, наплавы, смещения, натеки, прожоги и др.;

прочие дефекты.

Газовая полость (по ГОСТ 30242-97) – это полость произвольной формы, образованная газами, задержанными в расплавленном металле.

Кратером называется незаваренная усадочная раковина в конце валика сварного шва.

Твердые включения (300) – это твердые инородные вещества металлического или неметаллического происхождения, оставшиеся в металле сварного шва.

Несплавлением (401) называется отсутствие соединения между металлом шва и основным металлом либо между отдельными валиками сварного шва.

Непровар (402, D) или неполный провар – это несплавление основного металла на участке или по всей длине шва, появляющееся из-за неспособности расплавленного металла проникнуть в корень соединения (заполнить зазор между деталями).

Нарушение формы сварного шва (500) – это отклонение формы наружных поверхностей шва или геометрии соединения от заданного значения.

Подрезы – это продольные углубления на наружной поверхности валика шва. Превышение проплава – избыток наплавленного металла на обратной стороне стыкового сварного шва.

Вогнутость корня шва – неглубокая канавка со стороны корня шва, возникшая из-за усадки.

Смещениемежду свариваемыми элементами при их параллельном расположении на разном уровне называется линейным смещением, а при расположении кромок элементов под углом – угловым смещением.

Наплав – это избыток наплавленного металла шва, натекший на поверхность основного металла.

Прожог– вытекание металла сварочной ванны, приводящее к образованию в шве сквозного отверстия.

Контроль качества сварки

Методы контроля качества сварных соединений могут быть разделены на две основные группы:

методы контроля без разрушений образцов или изделий - неразрушающий контроль;

методы контроля с разрушением образцов или производственных стыков - разрушающий контроль.

Существуют десять видов неразрушающего контроля:

акустический, радио-волновой, капиллярный, оптический, течеисканием, радиационный, тепловой, электрический, магнитный, электромагнитный.

Наиболее распространенным видом неразрушающего контроля является внешний осмотр и обмер сварных швов, который имеет существенное значение для получения качественных сварных конструкций.

Широкое применение получил радиационный вид контроля, осуществляемый с помощью рентгеновского и гамма-излучений, которые проникают через контролируемый объект и изменяют интенсивность излучения в местах наличия дефектов. Это изменение регистрируется на рентгеновской пленке или на пластине (радиографический метод).

В капиллярном виде контроля используют движение индикаторного вещества. После нанесения индикаторов на поверхность шва и выдержки излишний индикатор удаляют. Оставшийся в дефектах индикатор под воздействием облучения начинает высвечиваться и тем самым обнаруживаются дефекты сварного шва.

При контроле течеисканием также используют движение контрольного вещества для обнаружения течей - сквозных несплошностей в сварных соединениях.

Некоторые виды испытаний при контроле качества сварных соединений разрушающими методами.

Механическим испытаниям подвергаются как отдельные образцы, вырезанные из сварных швов, так и детали и узлы. Эти испытания подразделяются на статические, динамические и испытания на усталость. Статические испытания подразделяются на следующие виды: растяжение, изгиб, смятие, ползучесть. Динамические испытания - на ударный изгиб, усталость. Кроме указанных методов разрушающего контроля проводят измерение твердости, коррозионные испытания, химический и спектральный анализ сварных соединений.