Методы повышения эффективности автоматической сварки под слоем флюса.

Производительность механической сварки обеспечивается максимальной механи-зацией и автоматизацией цикла сварки, повышением эффективности с помощью примене-ния сварки одного или нескольких швов одновременно несколькими головками (многого-ловчатая сварка), соблюдением эргономических норм оборудования, использованием программного управления для автоматизации сварочных операций. При при сварке под флюсом, производительность процесса по машинному времени повышается в 6-12 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой.

Следует заметить, что для автоматической и полуавтоматической сваркитребуется стабильное горение дуги; получение швов без трещин, с минимальным количеством шла-ковых включений и пористостью; лёгкое отделение шлаковой корки от поверхности швов. Для решения этих задач, в состав флюсов вводят тонизирующие составляющие (СaF2, Na2O, К2О и CaO), это обеспечивает стабильность горения дуги по ее разрывной длине, позволяет более широко варьировать режимы сварки, а также в ряде случаев добиваться лучшего формирования швов. Формируется химический состав металлов швов, как из-за их химических изменений при сварке (вследствие взаимодействия свариваемых металлов с флюсом), так и за счет основного и электродного металла. Сварка с флюсом с добавкой дозированного количества металлического порошка является выгодным методом повы-шения производительности сварки. Добавка порошка возможна как при сварке одной про-волокой, так и при сварке несколькими проволоками.

Добавление порошка в процессе сварки одной проволокой, например, может повысить коэффициент наплавки в два-три раза

Для повышения производительности сварки стыковых с разделкой кромок и угловых швов, где требуется повышенное количество наплавленного металла, в разделку до начала сварки или в процессе сварки специальным дозирующим устройством засыпают рубленую сварочную проволоку (крупку). Длина кусков крупки не превышает диаметра проволоки, из которой ее изготовляли. Этой же цели служит и сварка с увеличенным до 100 мм вылетом электрода. Это позволяет иа 50—70 % увеличить количество наплавляемого металла. Однако при этих способах сварки снижается глубина проплавления основного металла.

Наиболее часто сварку ведут одним электродом или одной дугой. Для расширения технологических возможностей способа и повышения производительности сварки можно использовать две одновременно горящие дуги и более.

Так же для повышения производительности можно проводить сварку под углом (на спуск)

Сущность процессов контактной стыковой сварки.

Сущность процесса

Свариваемые детали закрепляются в зажимах-электродах и сжимаются осевым усилием Fсв (P). Левая плита обычно неподвижна. При включении сварочного трансформатора через заготовки протекает электрический ток большой силы и низкого напряжения, нагревающий их. Наибольшее количество теплоты выделяется на стыке деталей.

Рисунок. Схема контактной стыковой сварки

В зависимости от степени нагрева торцов заготовок различают технологии стыковой сварки сопротивлением и оплавлением. При сварке сопротивлением детали вначале сжимают осевым усилием для образования плотного соприкосновения свариваемых торцов. Затем подается электрический ток, при прохождении которого стыкуемые поверхности нагреваются до пластического состояния. Далее выполняется осадка (сжатие нарастающим усилием) заготовок с образованием соединения в твердой фазе. При этом ток отключают до окончания осадки.

Рисунок. Циклограмма стыковой сварки сопротивлением

Сварка сопротивлением используется для соединения деталей круглого или прямоугольного сечения площадью, как правило, до 200 мм² в зависимости от металлов. Для обеспечения равномерного нагрева торцов они должны быть точно подогнаны и предварительно очищены механическим или химическим способом.

Сварка оплавлением может осуществляться с непрерывным или прерывистым оплавлением.

При стыковой сварке непрерывным оплавлением детали постепенно сближают при включенном источнике тока. Касание торцов происходит по отдельным выступам. Поскольку площадь образующихся контактов-перемычек очень мала, то из-за высокой плотности протекающего через них тока они быстро нагреваются и расплавляются. Часть металла взрывается и в виде искр вылетает из стыка. В выбрасываемом расплаве присутствуют и загрязнения с поверхностей заготовок. Дальнейшее сближение деталей приводит к образованию и оплавлению новых контактов-перемычек. В результате этого непрерывного процесса на торцах образуется слой жидкого металла. После того, как торцы оплавятся по всей поверхности, производится осадка. Торцы быстро сближаются с большим усилием. При этом жидкий металл с оксидными пленками выдавливается из стыка наружу и при затвердевании образует грат, который обычно удаляют в горячем виде.

Рисунок. Циклограмма стыковой сварки непрерывным оплавлением

Для соединения заготовок с большой площадью сечения с целью уменьшения мощности оборудования применяют стыковую сварку прерывистым оплавлением. Детали при включенном токе поочередно сжимают с небольшим усилием и вновь разводят. При сжатии стыкуемые поверхности разогреваются протекающим током. При размыкании между торцами образуется электрический разряд, оплавляющий их поверхности. После нескольких повторных действий поверхности заготовок покрываются слоем жидкого металла, и выполняется осадка. Жидкий металл выдавливается из стыка, а торцы соединяются с получением сварного соединения.

Для уменьшения расхода металла предварительный подогрев производят при сближении деталей с пропусканием нескольких импульсов тока. После этого заготовки разводятся, и осуществляются оплавление и осадка.

Сварка оплавлением позволяет соединять детали с сечением сложной формы площадью до 100 000 мм². При этом в отличие от сварки сопротивлением не требуется тщательная предварительная подготовка торцов заготовок. Данным способом изготавливают различные длинномерные изделия (трубопроводы, рельсы, арматуру железобетона и др.), детали замкнутой формы (ободья колес автомобилей, звенья цепей и т. п.), а также сложные детали из простых заготовок.

10.4 Радиоизотопные источники тормозного γ-излучения, источники нейтронного излучения.

Радиоизотопные источники тормозного γ-излучения-тормозное излучение высоких энергий 1...100 МэВ. Такое излучение получают при бомбардировке мишеней электронами, ускоренными в линейных или циклических ускорителях: микротронах, бетатронах. Поэтому контроль с использованием тормозного излучения высоких энергий называют бетатронной дефектоскопией. О возможностях этого метода можно судить по таким данным: излучение с энергией 35 МэВ позволяет просвечивать сплавы на основе железа толщиной до 450 мм или сплавы на основе алюминия толщиной до 1800 мм.В бетатронах ускорение электронов происходит при их движении по круговой орбите в возрастающем во времени магнитном поле. Бетатрон (рис. 2.25) выполнен в виде тороидальной вакуумной ускорительной камеры 1, расположенной между полюсами электромагнита. Электронная пушка 2 генерирует электроны в тороидальную камеру, где они ускоряются в вихревом электрическом поле, создаваемом переменным магнитным полем. Возрастающее во времени магнитное поле не только обеспечивает ускорение электронов, но и удержание их на орбите постоянного радиуса, проходящей внутри камеры бетатрона. В конце цикла ускорения электроны смещаются со своей орбиты и попадают на мишень 4, в которой возникает тормозное излучение со сплошным спектром.
Фокусировка пучка электронов происходит в процессе их ускорения, в результате этого диаметр пучка перед соударением с мишенью составляет несколько десятых долей миллиметра. Таким образом, фокус пучка тормозного излучения у бетатронов меньше по размерам, чем у линейных ускорителей и микротронов. Несмотря на то, что бетатроны обеспечивают меньшую интенсивность излучения, чем линейные ускорители и микротроны, их наиболее широко применяют в дефектоскопии благодаря меньшей массе, небольшим габаритным размерам и более высоким эксплуатационным и экономическим показателям.

Промышленностью выпускается как переносные бетатроны типа ПМБ-6 массой около 100 кг, так и стационарные Б-30 и Б-35 массой до 6 т.

Нейтронное излучение - это поток нейтральных частиц. Эти частицы вылетают из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности, при реакциях деления ядер урана и плутония. Вследствие того, что нейтроны не имеют электрического заряда, нейтронное излучение обладает большой проникающей способностью.

Разновидностью радиографического метода контроля является нейтронная радиография с помощью потоков тепловых нейтронов, которые предназначаются для контроля больших толщин тяжелых материалов, для обнаружения включений элементов, содержащих нуклиды с высоким поглощением нейтронов — ¹⁰В, ⁶Li, ¹¹³Cd и др., для контроля качества радиоактивных изделий. Для получения изображений на рентгенографической пленке используются экраны-конверторы из цветных и редких металлов — Cd, Rh, Ag, In, Dy, Au. В качестве источников нейтронов применяют ядерные реакторы, электрические нейтронные генераторы и радиоизотопные источники, использующие (а, п) и (у, /г)-ядерные реакции.

10.5 Основные технологические требования, предъявляемые к сборочно-сварочной оснастке. Порядок проектирования специальной оснастки. Необходимость и рентабельность ее использования.

Сборка под сварку – это размещение элементов конструкции в порядке, указанном в технологической карте, и предварительное скрепление их между собой с помощью приспособлений и наложения прихваток. От качества выполнения сборки больше всего зависит качество сварной конструкции и трудоемкость сборочно-сварочных работ.

Существуют следующие способы установки деталей при сборке:

а) по предварительной разметке;

б) по упорам фиксаторам или по шаблонам;

в) по контрольным отверстиям.

В технологии машиностроения при механической обработке приспособление рассматривается в системе: станок – приспособление – инструмент – деталь. При изготовлении конструкций с применением сварки, сварочно-сборочное приспособление необходимо рассматривать в аналогичной системе: сварочное оборудование – приспособление – инструмент – свариваемое изделие. Различие состоит лишь в том, что в случаи сварки должно быть обеспечено свободное перемещение конструкции.

К спроектированному и изготовленному приспособлению предъявляют следующие требования:

а) достаточная жесткость корпуса, так как взаимное положение свариваемых деталей в процессе сборки под сварку должно оставаться неизменным;

б) свободное перемещение элементов свариваемой конструкции при усадке швов после сварки (прихватки);

в) свободный доступ к местам сварки сварочного электрода, электронного луча, сварочной горелки и т.д.;

г) быстрая установка деталей свариваемого изделия и их зажима;

д) свободный съем сварного узла после выполнения сборочно-сварочных операций.

Для сборки и сварки балок используются сварочные кондукторы с винтовыми зажимами. Сварка элементов в этом кондукторе осуществляется сварочным трактором наклонным электродом.

Стягивающие и распорные приспособления предназначены для стягивания при сборке двух и более деталей или узлов, для выравнивания кромок и вмятин, а также для разжима обечаек.

Для сборки деталей в единичном производстве применяются специальные стеллажи и стенды. Стеллажи служат для грубой установки средних и крупных изделий при сборке, сварке, правке и контроле.

Проектирование специальной сборочно-сварочной технологической оснастки ведется на основании технических заданий, разработанных в соответствии с технологическим процессом изготовления изделия и утвержденных главным технологом или главным сварщиком предприятия.

В техническом задании должен быть решен вопрос о способах загрузки изделия в технологическую оснастку и о связи ее с общим технологическим потоком изготовления.

При проектировании технологической оснастки следует придерживаться следующего порядка:

1) вычертить контур собираемого в приспособлении узла (в трех проекциях), расположив проекции так, чтобы осталось достаточно места для размещения всех элементов приспособления; контур детали вычерчивают как правило, цветным карандашом, 2) вычертить установочные или опорные элементы приспособления; 3) вычертить зажимные и вспомогательные элементы приспособления; 4) вычертить корпус, выполнить все необходимые разрезы и сечения, проставить габаритные и контрольные размеры, а также задать необходимые технические требования на точность изготовления технологической оснастки; указать место маркировки; 5) увязать технологическую оснастку со средствами межоперационного транспорта.

Для сборки и сварки различных конструкций выполняются универсальные сборно-разборные приспособления (УСПсв), состоящие из базовых деталей – плит, угольников, подкладок, опор, фиксаторов, прижимных элементов, распорок, стяжек, сухарей, болтов, гаек, шпилек и пр. (рис.16).

В условиях достаточной однотипности свариваемых изделий нет необходимости полной перекомпоновки универсальных приспособлений. Достаточно осуществить переналадку отдельных элементов на различные типоразмеры, оставляя базовую часть оснастки.

Особенность технологической подготовки производства изделий с применением УСПсв состоит в том, что вместо специальных приспособлений, изготавливаемых обычным путём по разработанным чертежам, создаётся приспособление путём сборки из элементов комплекта УСПсв, т.е. методом агрегатирования из стандартных элементов. После изготовления партии сварных конструкций оно разбирается на составные элементы, которые используются в новых компоновках.

УСПсв широко применяются в различных видах сварки, в том числе при механизированной сварке в среде углекислого газа.

Использование УСПсв позволяет:

· сократить сроки на создание приспособления, так как сборка приспособления из готовых элементов УСПсв в 10-20 раз короче, чем проектирование и изготовление оснастки обычным путём;

· поднять уровень оснащённости сборочно-сварочных работ до уровня серийного производства;

· повысить производительность труда сборочно-сварочных работ за счёт сокращения на установку и выверку свариваемых деталей;

· повысить точность взаимного положения деталей конструкции.

Процесс создания приспособления из элементов УСПсв объединяет два процесса, выполняемые одновременно одним человеком: конструирование и сборка элементов и прочное скрепление их между собой при помощи крепёжных элементов. При этом отпадает необходимость в разработке чертежей приспособления. Слесарь – инструментальщик по сборке УСП выполняет компоновку. В качестве исходных данных он имеет чертежи изделия.

Внедрением УСПсв применительно к различным технологическим процессам занимается специальная заводская служба.

11.1 Холодные трещины при сварке. Влияние различных факторов на их образование. Меры борьбы с образованием холодных трещин при сварке.

Холодные трещины при сварке определяются как межкристаллическое разрушения металла, могущее происходить как в металле шва, так и в металле ЗТВ. Причинами образования такого рода трещин являются:

• структурное состояние металла шва и ЗТВ (наличие составляющих мартенситного и бейнитного типа);
• наличие достаточно высокого уровня растягивающих напряжений 1-го рода, определяемого конструктивными особенностями элементов сварной конструкции (ее жесткостью), типом металла шва, параметрами режима сварки;
• повышенное содержание водорода в металле шва.

Холодные трещины являются одним из случаев замедленного разрушения металла, которое связано с микропластическим течением по границам зерна. Очаги трещин, возникающих в относительно малопластичном металле с большим содержанием низкоуглеродистого мартенсита, имеют, как правило, микроскопические размеры. Распространение таких микротрещин связано с развитием у ее вершины пластической деформации, контролируемой энергией пластического течения.

Водород образует пересыщенный твердый раствор в зоне растягивающих трехосных напряжений у острия микротрещины, что снижает критический размер микротрещины и уменьшает сопротивление ее дальнейшему развитию.

Для предупреждения образования холодных трещин применяют:

• прокаливание флюсов и электродов перед сваркой для снижения водорода;
• предварительный подогрев свариваемых заготовок до 250-450 °С;
• ведение процесса сварки в режиме с оптимальными параметрами;
• наложение швов в правильной последовательности;
• медленное охлаждение изделия после сварки;
• проведение непосредственно после сварки смягчающего отжига для снятия остаточных напряжений.

Одним из методов оценки склонности к образованию холодных трещин при сварке сталей может служить расчетное определение углеродного эквивалента. Расчет ведется, исходя из влияния каждого легирующего элемента данной системы легирования по отношению к главному упрочняющему элементу системы — углероду.

Предложен целый ряд формул для определения углеродного эквивалента. Получив для данного состава, стали значение CIKI, определяют склонность ее к появлению холодных трещин при сварке.

Стали с С.ж11 < 0,45 не склонны к образованию холодных трещин. В сталях с С1кв > 0,45 при сварке они потенциально возможны. Иными словами, углеродный эквивалент характеризует прокаливаемость стали, т. е. некоторую критическую скорость закалки на заданную твердость. Для сварных соединений, выполненных на сталях различного состава, за допустимую твердость принимают величины до HV 350; при такой твердости на практике не наблюдается холодных трещин, (считается, что стали с углеродным эквивалентом Сжа < 0,45 во всем возможном диапазоне скоростей охлаждения не закаливаются до твердости выше HV 350).