Содержание

Материалы применяемые для изготовления сварных конструкций

Сварочные материалы: классификация и характеристики

Во время сварки изделий применяются сварочные материалы. Они позволяют обеспечить стабильное горение дуги, беспористые сварные швы, которые устойчивы к образованию повреждений. Ниже будет представлена их классификация и назначение.

Классификация сварочных материалов
- Электроды и проволоки
- Пластины и стержни
- Газы
- Флюсы для сварки и другие материалы
Общие требования к сварочным материалам

Материалы для сварки выполняют такие функции:

обеспечивают стабильность сварочного процесса;
удаляют из металла шва вредные примеси;
обеспечивают правильные геометрические размеры швов;
обеспечивают получение материала шва с определенным химическим составом и свойствами;
помогают защитить расплавленный металл от воздействия воздуха.

Классификация сварочных материалов

Итак, на какие категории подразделяются данные материалы:

электроды и присадочные прутки — к ним относятся электроды с кислым, целлюлозным, смешанным, рутиловым, основным и другим покрытием, а также неплавящиеся электроды;
проволока — бывает активированной, порошковой или сплошной;
флюсы — подразделяются на электропроводные и защитные;
газы — для поддержки горения, защитные, которые бывают активными и инертными, и горючие;
керамические подкладки — используются для соединения стыковых, угловых и тавровых швов, бывают всепозиционными, круглыми и др.

Электроды и проволоки

Проволоки и электроды нужны для обеспечения подачи электропитания в сварочную зону с целью нагрева. Плавящиеся электроды с покрытием, некоторые виды проволоки и защитный флюс для дуговой сварки включают в себя специальные компоненты, которые способны защитить металл от воздействия воздуха, поддерживают стабильность процесса работы и помогают получить определенный химический состав металла шва и не только. А присадочный пруток в шов вводится при сварке.

Плавящиеся проволоки используются в работе в таких ситуациях:

под флюсом;
в защитных газах;
при электрошлаковой сварке.

Стальные проволоки бывают трех видов:

легированные;
высоколегированные;
низкоуглеродистые.

Всего по сортаменту насчитывается 77 разновидностей.

При выборе той или иной марки меняется химический состав сварного шва. Чаще всего применяют проволоку, по составу напоминающую металл, который обрабатывается. Материал должен соответствовать ГОСТу и быть указан на упаковке изделия.

В свою очередь, низкоуглеродистая и легированная сталь для производства проволоки бывает омедненной и неомедненной. Для ручного типа сварки применяется проволока, которая порублена на куски по 360−400 мм в длину. Приобрести ее можно в мотках по 20−85 кг весом. Каждый такой моток имеет этикетку, где указаны производитель и технические параметры изделия.

Для работы нельзя использовать проволоку сомнительного производства неизвестной марки. Поверхность присадочной проволоки должна быть гладкой, на ней не должно быть жира, ржавчины или окалины. Выбирать ее нужно по показателю плавления, он должен быть ниже аналогичной характеристики у соединяемых материалов.

Одно из качественных свойств проволоки — это способность плавиться постепенно, без резкого выброса брызг. Если специальной проволоки для соединения изделий из нержавейки, латуни, свинца или меди нет, то применяют полоски порезанного металла из того же материала, который сваривается.

Пластины и стержни

Пластины используются для электрошлаковой сварки, а дуговая сварка осуществляется с применением электродного металлического стержня с покрытием на основе электрода. Толщина электродов бывает трех видов:

толстая;
средняя;
тонкая.

Тип сварочного материала с разным покрытием обозначается буквами таким образом:

А — покрытие имеет кислотные добавки;
Б — классический вариант;
Ц — покрытие содержит целлюлозу;
П — в поверхностном слое присутствуют смешанные материалы.

При резке и газовой сварке применяют горючие газы и те, что поддерживают горение. Сюда относятся:

кислород;
ацетилен;
водород;
пропанобутановая смесь;
метилацетилен-алленовая фракция.

Защитные газы предназначены для обеспечения газовой защиты материала в расплавленном виде от воздуха. Защитные газы такие:

инертные (гелий, аргон и смеси на их основе);
активные (углекислый газ и смеси на его основе).

Инертный газ в химическую реакцию с металлом вступать не умеет и почти в нем не растворяется, а активные газы способны вступать в такую реакцию и растворяться в металлах.

Что касается кислорода, то он тяжелее воздуха и помогает газам и парам сгореть максимально быстро, при этом способно выделяться тепло, а температура плавления при этом максимальная. При этом сжатый кислород при взаимодействии со смазочными материалами и жирными маслами может привести к взрыву и самопроизвольному воспламенению, соответственно, работать с кислородными баллонами следует только в чистых условиях, где подобное исключено. Сварочные материалы кислородного типа нужно хранить, только соблюдая нормы пожарной безопасности.

Сварочный кислород бывает техническим, получается из атмосферы. А воздух при этом обрабатывается в разделительном аппарате, в итоге удаляются углекислые примеси, а готовый продукт сушат. В жидком виде кислород для хранения и перевозки содержится в специальных емкостях, имеющих высокую теплоизоляцию.

Другой газ, ацетилен, — это кислород, соединенный с водородом. При нормальной температуре ацетилен имеет газообразное состояние. Он бесцветный и включает примеси сероводорода и аммиака. Опасность представляют воспламеняющиеся компоненты такого материала, сварочное давление от 1,5 кгс/см2 или же ускоренное нагревание до температуры в 400 градусов также могут привести к взрыву.

Газ производится посредством электродугового разряда, который разделяет жидкие горючие компоненты, или через разложение карбида кальция под воздействием жидкости.

Существуют и заменители ацетилена. Согласно требованиям к материалам для сварочных работ, возможно применение паров жидкостей и прочих материалов. Их используют, если температура нагрева в два раза больше показателя плавления металла.

Чтобы горел тот или иной вид газа, нужно определенное количество кислорода в горелке. Те или иные горючие вещества используются вместо ацетилена, поскольку они недорогие и их легко добыть. Использовать их можно в разных промышленных сферах, но применение таких веществ ограничено ввиду их относительно низкой границы нагрева.

Флюсы для сварки и другие материалы

Флюс в процессе сварочных работ имеет разное назначение. Благодаря ему можно растворить окислы на поверхности металла, что способствует облегчению процесса смачивания заготовки расплавленным металлом. Еще флюс является барьером для доступа кислорода, выступая в роли покрытия горячей поверхности заготовки, и не допускает окисления металла. А еще расплав флюса может выступать как теплообменная среда, облегчая нагревание стыка.

Флюсы отличаются друг от друга по следующим параметрам:

способу производства;
назначению;
своему химическому составу и прочим параметрам.

Например, по способу производства они бывают плавлеными и неплавлеными. Плавленые флюсы производятся посредством сплавления частей шихты в печах. А вот неплавленые части флюсовой шихты могут быть скреплены без сплавления.

Флюс состоит из порошка или пасты определенного состава, его производят на основе борной кислоты или же прокаленной буры. Флюсы не применяют для соединения легированных сталей.

А другой вид материала для сварки, керамическая подкладка, применяется для того, чтобы создать качественный шов и сформировать обратный валик.

Все перечисленные сварочные материалы еще могут подразделяться по типу свариваемых металлов и сталей. Например, одни предназначаются для соединения углеродистых сталей, другие — для нержавеющих или низколегированных либо чугуна, меди и прочих материалов.

Общие требования к сварочным материалам

Независимо от того, какой используется тип сварки, следует применять материалы согласно существующим стандартам, где прописаны все требования к ним. Все заводские изделия должны иметь сертификат с указанием технических характеристик:

товарный знак производителя;
буквенно-цифровые условные обозначения, указывающие на тип и марку изделия;
заводской номер смены и партии плавки;
показатель поверхностного состояния проволоки или электрода;
химический состав материала и процентное соотношение его компонентов;
механические особенности направленного шва;
вес нетто.

Для всех электродов важным требованием является хорошо сформированный шов и дуга со стабильным горением. Металл полученной направки обязан соответствовать заранее заданному химическому составу, во время работы должно происходить равномерное расплавление стержня, без брызг и выделения токсичных компонентов. Проволока позволяет осуществить качественную работу. Электроды могут очень долго сохранять свои технические параметры.

Чтобы произвести качественную работу, важно учитывать каждую деталь. Чтобы соединение было прочным и стойким, используйте только качественные материалы и делайте все согласно требованиям.

Лекция 2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1 Основные механические свойства материалов

2.2 Стали для сварных конструкций и их классификация

2.3 Цветные конструкционные сплавы и их характеристика

2.4 Методы определения прочностных свойств материалов, применяемых в сварных конструкциях

Основные механические свойства материалов

Механические свойства материалов определяют их несущую способность, т. е. способность воспринимать заданные нагрузки. Они в значительной степени характеризуют величину массы материала изделий и оказывают непосредственное влияние на их стойкость.

К основным механическим свойствам, как правило, относят следующие.

1. Предел прочности, называемый нередко временным сопротивлением _в, представляющий собой отношение максимального усилия Р, испытываемого при разрыве, к первоначальной площади поперечного сечения испытуемого образца.

2. Предел текучести _т – максимальное напряжение, при котором деформации переходят из упругой в пластическую область. Ввиду того что при испытании различных материалов отсутствует четкая граница перехода в пластическую область, _т определяют как величину напряжений ₀₂, вызывающую остаточную пластическую деформацию 0,2% при испытаниях образцов стандартной формы.

3. Относительное удлинение при разрыве ₅, определяемое на образцах стандартной формы.

4. Ударная вязкость KC, характеризующаяся сопротивлением ударным воздействиям стандартных образцов с надрезами, имеющими различную остроту.

Существует ряд испытаний помимо указанных, определяющих хрупкий и вязкий характер разрушений, сопротивляемость образованию и развитию трещин при переменных нагрузках и др.

Для сварных конструкций используют различные материалы: стали, алюминий и его славы, титан и его сплавы, пластмассы и др.

Рассмотрим некоторые материалы.

Стали для сварных конструкций и их классификация

Сталь – сплав железа с углеродом в количестве до 2 % и некоторыми легирующими элементами. По химическому составу сталь делят на углеродистую и легированную, а по назначению – на конструкционную, инструментальную и специальную.

Сталь углеродистая обыкновенного качества(ГОСТ 380–2005) в зависимости от назначения подразделяется на три группы: А – поставляемую по механическим свойствам; Б – поставляемую по химическому составу; В – поставляемую по механическим свойствам и химическому составу. Изготовляют сталь следующих марок: группы А – Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6; группы Б – БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6; группы В – ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали после номера марки добавляют индексы: «кп» – кипящая, «пс» – полуспокойная, «сп» – спокойная, например: Ст3кп, Ст3пс, БСт3сп. Из стали Ст0, Ст1 изготовляют трубы, резервуары, кожухи, про кладки; из стали Ст3, Ст4 – болты, винты, гайки, шпильки, оси, за клепки и т. п.; сталь Ст5, Ст6 используют для валов, шестерен, шпонок, бандажей колес и других деталей. Пример условного обозначения: «Ст3 ГОСТ 380–2005».

Сталь углеродистая качественная конструкционная(ГОСТ 1050–88) выпускается следующих марок: 08кп; 08пс; 10; 15кп; 20кп; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 60; 65Г и др. В марке стали двузначные цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буква «Г» – повышенное содержание марганца (

Сталь марок 10, 15, 20, 25 применяют для изготовления крепежных изделий, втулок, муфт и др.; сталь марок 35, 40, 45 – для изготовления деталей, несущих значительные нагрузки, например коленчатых валов, штоков; сталь 65Г применяется для изготовления пружин. Пример условного обозначения: «Сталь 65 ГОСТ 1050–88».

Сталь низколегированная конструкционная (ГОСТ 19281–2014).

Имеется много марок низколегированных сталей: хромистые, марганцовистые, хромомарганцевые, хромокремнистые, хромомолибденовые и т.п. (15Х, 15ХА, 20Х, 14Г2, 15Г, 20Г, 18ХГ, 20ХГР, 30ХГТ, 25ХГМ, 09Г2С, 16ГС, 16Г2АФ, 10Г2С1, 10ХСНД, 30ХГСА, 15ХМ, 30ХМ, 30ХМА, 30Х3МФ, 14Х2НЗМА, 20ХН2М и др.).

В обозначении марок стали первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а буквы за цифрами означают: «А» – азот, «Б» – ниобий, «В» – вольфрам, «Г» – марганец, «Д» – медь, «М» – молибден, «Н» – никель, «Р» – бор, «С»– кремний, «Т» – титан, «Ф» – ванадий, «X» – хром и «Ю» – алюминий.

Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание легирующего элемента в процентах. Отсутствие цифры означает, что в марке содержится до 1,5 % этого элемента. Буква «А» в конце наименования свидетельствует о высоком качестве стали. Пример условного обозначения: «Сталь 12Х2Н4А ГОСТ 4543–88».

В сталях содержатся добавки кремния и марганца, а также вредные примеси – сера и фосфор,содержание которых в стали ограничивают.

Сталь получают главным образом из смеси чугуна, выплавляемого в доменных печах, со стальным ломом. Сталь плавят в конверторах, мартеновских и электрических печах. Хорошее качество конверторной стали обеспечивается продувкой кислородом. Наивысшие сорта сталей получают их переплавом: электрошлаковым, вакуумным дуговым, электронно-лучевым, плазменно-дуговым.

Плавка стали без достаточного количества раскислителей сопровождается выделением газов. Такая сталь называется кипящей (буквы «кп» в марке стали). Стали, раскисленные добавками кремния и алюминия, остывают в изложницах без интенсивного выделения газов и называются спокойными (буквы «сп» в марке стали). Промежуточные стали – полуспокойные – обозначаются буквами «пс».

Следует всегда помнить, что механические свойства сталей тесно связаны с их химическими свойствами и термообработкой.

Нормированный химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества приведен в табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Нормируемый химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-2005

Материалы, применяемые при сварке: характеристика, особенности

Содержание:

Электроды.
Флюсы.

Сварка металлов относится к металлургическим процессам, которые характеризуются получением расплавленного участка, путем нагрева при помощи электрического тока или горючих газов, и последующей быстрой кристаллизации свариваемого участка.

Для обеспечения качественной сварки используются специальные материала, которые обеспечивают следующие функции:

формирование нужных геометрических размеров получаемого при сварке шва;
обеспечение необходимого химического состава расплавленного металла на месте сварного шва;
защита расплавленного металла от взаимодействия с составляющими воздуха;
сохранение стабильного состояния металла в процессе сварки;
освобождение шва от лишних примесей, изменяющих физические свойства получаемой сварки.

Сварные материалы, то есть материалы, применяемые при сварке, делятся на следующие виды: сварочные электроды, сварочная и присадочная проволока, флюсы, газы и керамические подкладки. Об электродах и флюсах сегодня и пойдет речь.

Электроды.

Металлические электроды делятся по своему назначению, толщине покрытия, по допустимым пространственным положениям сварки на три группы.

Электроды должны иметь качественное однородное покрытие, без трещин и наплывов. Для сваривания низколегированных и углеродистых стальных конструкций предусмотрены электроды марки Э38, Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А, Э55, Э60, применяются и Э70, Э85,Э100, Э125, Э150, а для теплоустойчивых сталей Э-09М, Э-09МХ.

По своему покрытию электроды делятся на тонкие и толстые. Тонкое покрытие предназначено для облегчения возбуждения электродуги и ее стабилизацию. В таких покрытиях чаще всего используются соли калия, натрия, бария, стронция. Электроды с тонким покрытием образуют хрупкий сварной шов, поэтому используются для выполнения швов, не подвергающихся нагрузке.

Для ответственных сварных швов используют толстые электроды с качественным покрытием. Такие электроды гарантируют качественную дугу, защиту расплавленного шва от воздействия кислорода и азота, удаление ненужных химических оксидов из металла в шлак. Толстые электроды позволяют изменять состав расплавляемого металла, путем ввода легирующих примесей в виде присадочной проволоки.

По химическому составу сварочные проволоки делятся на низкоуглеродистые, легированные, и высоколегированные, которые соответственно используются для различных типов сталей. В зависимости от входящего в проволоку химического элемента, сварные швы приобретают определенные физические свойства. Так углерод снижает склонность металла к пористости, кремний, наоборот, способствует образованию пор, наличие фосфора и серы может привести к образованию трещин и повышенной хрупкости.

Для сваривания медных конструкций используют проволоку и медносодержащие прутки, алюминий сваривают алюминиевой проволокой. Нередко вместо легированной стальной проволоки высокой стоимости используют порошковую электродную проволоку, состоящую из смеси ферросплавов и графита. Сварка порошковым электродом может проводиться открытой дугой, в защитных газах и под флюсом.

Флюсы.

Флюсы — это специальные неметаллические материалы для защиты сварных швов и улучшения их физических свойств. Для электродуговой сварки, используется флюс в виде порошка, для газовой электросварки флюс может быть использован в виде пасты, порошка или специального газа. Использование флюса позволяет значительно улучшить качество получаемого сварного шва. Флюсы по своему назначению разделяют на три группы: для углеродистой стали, для высоколегированной стали и для сварки цветных металлов и их сплавов. Флюсы позволяют легко отделять лишние примеси из расплавленного металла.

Роль защитных газов при сварке металлов заключается в защите от взаимодействия расплавленного металла с воздухом. В качестве таких газов принято использовать инертные газы, такие как аргон, гелий и их смесь, а также активные газы, такие как углекислый газ. Защитные функции инертными газами обеспечиваются в результате полного отсутствия реакции между ними и металлом, инертные газы абсолютно не растворяются в металлах при сварке, а активные металлы наоборот очень хорошо растворяются и вступают в реакцию с металлами, вымещая лишние соединения.

Для обеспечения качественного шва также используются горючие газы, такие как ацетилен, пропанобутановая смесь, которые помогают поддерживать нужную температуру. Сформировать сварной шов нужной геометрической формы помогают специальные керамические подкладки, которые просто незаменимы при формировании обратного валика.

Все эти материалы, применяемые при сварке, помогают получать высококачественные сварные швы, отвечающие всем требованиями качественной сварки металлов разных составов.

Материалы применяемые для изготовления сварных конструкций

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Материалы применяемые в сварочных конструкциях.

Основными сварочными материалами являются проволока и флюс. Выбор сварочных материалов осуществляется комплексно в зависимости от предъявляемых требований к сварочному соединению.

При сварке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей широкое применение получили проволоки : СВ08А, СВ08ГА, СВ08ГС ; в сочетании плавленых флюсов : АН348, АН348А.

Наиболее часто применяют проволоки от 3 – 5 мм. Это связанно с тем что существует возможность применения более производительных режимов сварки. Так же в качестве сварочного материала могут использоваться порошковые проволоки как самозащитные так и применяемые в защитной среде.

При использовании формированных режимов сварки (при повышении силы тока) для предупреждения прожога используют различного рода подкладки для удержания сварочной ванны.

Подкладки бывают съемные и несъемные. В качестве съемных – медные, в качестве не съемных – стальные. Так же для улучшения механических свойств корня шва применяют флюсовую подушку.

В ряде случаев (как правило при сварке больших толщин) АДФ используют в сочетании с иными способами сварки :

Корень шва – РДС, МП, либо МП в СО2

Помимо односторенней автоматической сварки широкое применение получила двусторонняя

Маркировка сталей

Стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст 1- 6 (цифры от 1 – 6). Номер марки показывает на повышение содержания углерода в стали

Конструкционные легированные стали

В соответствии с ГОСТ 4543 – 71 наименование марки таких сталей состоит из цифр и букв.

Первые цифры марки обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Далее следует буквенное обозначение основных легирующих элементов с указанием цифр указывающие среднее содержание основных легирующих в процентах. если цифра не стоит, то содержание легирующих элементов составляет от 1 — 1,5 %.

Стали этой группы делятся по качеству в зависимости от содержания вредных примесей серы и фосфора стали с пониженным содержанием серы и фосфора относится к группе высокого качества. Они в конце обозначения имеют букву А (08ГА)

Особо высококачественные стали подвергнуты электрошлаковому переплаву. Обозначает добавление буквы Ш через тире (18ХГ-Ш)

Литейные конструкционные стали

В соответствии с ГОСТ 977-88. Стали обозначаются аналогично конструкционным легированным сталям. Отличие заключается лишь в том что в конце обозначения ставится Л. Строительные стали по ГОСТ 27772-88 обозначаются буквой С в начале марки и цифрами обозначающими минимальный предел текучести. Буква К в конце маркировки указывает что сталь с повышенной коррозионной стойкостью. буква Т прокат термоупрочненный. Буква Д – повышенное содержание меди (С350Д).

Автоматные стали

Обозначение этих сталей начинается с буквы А. если сталь легирована свинцом, то марка начинается с букв АС. для обозначения содержания в этих сталях легирующих элементов, входящих в состав стали используют те же правила что и для конструкционных сталей (А20, АС328ХГМ)

Подшипниковые стали

Обозначения марки начинаются с буквы Ш для деталей подвергнутых электрошлаковому переплаву в конце ставится через тире буква Ш также в марке аналогично конструкционным сталям указывается состав легирующих элементов.

Инструментальные стали

Делятся на качественные и высококачественные. Качественные стали обозначаются буквой У. Далее следующие цифры указывают на среднее содержание углерода в десятых долях процента. В обозначение высококачественные добавляют букву А в конце при повышении содержания марганца в конце ставится буква Г (У8ГА,У8А).

Инструментальные легированные стали

Обозначения в основном тоже что и у конструкционных легированных сталей отличие заключается лишь в цифрах указывающих содержание углерода процентное содержание углерода указывается в десятых долях процента. если в инструментальной стали содержание углерода около 1 %, то соответствующую цифру не ставят ( 4Х2В5МФ, ХВГ )

Быстрорежущие стали

Обозначения начинаются с буквы Р. далее следует цифра указывающая среднее содержание вольфрама в стали, следующие буквыв и цифры указывают содержание легирующих элементов. В отличие от легированных сталей стали этой группы содержание хрома не указывают так как обычно оно составляет 4 %. Обозначение ванадия (Ф) ставят в том случае если его содержание превышает 2 %.

Нержавеющие стали

Аналогичные конструкционным сталям углерод в сотых долях процента. если сталь литейная то в конце ставится буква Л. Помимо стандартных нержавеющие стали могут иметь и другие обозначения :

ЗаводЭлектроСталь – ЭИ, ЭП, ЭК + номер марки (ЭП255)

ЗаводДнепроСпецСталь – ДИ + номер марки (ДИ97)

Челябинский Металлургический комбинат – ЧС + номер марки (ЧС97)

Помимо этого в обозначении через тире могут присутствовать буквы :

— ВД – Вакуумнодуговой переплав

— ВИ – Вакуумноиндукционная выплавка

— ЭЛ – Электроннолучевой переплав

— ГР – Газокислородное рафинирование

— ИД – Вакуумноиндукционная выплавка с последующим вакуумнодуговым переплавом

— ПД – плазменная выплавка с последующим вакумнодуговым переплавом

— ИЛ – вакуумно индукционная выплавка с последующим электроннолучевым переплавом

Обозначение основных легирующих элементов :

Выбор материала сварной конструкции и ее технологичность

ВЫБОР МАТЕРИАЛА СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ И ЕЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Волжский государственный инженерно – педагогический университет»

Кафедра строительства и сварочных технологий

ВЫБОР МАТЕРИАЛА СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ И ЕЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ

Учебно – методическое пособие

, Сироткин материала сварной конструкции и ее технологичность: Учебно – методическое пособие / , /-Н. Новгород, ВГИПУ, 2011г.-29 с.

Рецензенты: – кандидат технических наук, доцент ВГИПУ

– преподаватель высшей категории НИК

Учебное пособие охватывает широкий круг вопросов, связанных с выбором материалов для изготовления сварных конструкций, определением свариваемости выбранных материалов, а также вопросы, связанные с определением технологичности выбранных сварных конструкций.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 051000.62 Профессиональное обучение (по отраслям), профиль подготовки: Металлургия и машиностроение, профилизация-технологии и технологических менеджмент в сварочном производстве.

2.Выбор материала сварной конструкции и его свариваемость……………. 7

3.Технологичность сварной конструкции………………………………………26

Учебное – методическое пособие предназначено для студентов очного обучения специальности 030500.08 «Профессиональное обучение» специализации 030504.08 «Технология и технологический менеджмент в сварочном производстве» при выполнении разделов курсовой (дипломной) работы.

В данном пособии рассматриваются разделы курсовой и дипломной работы:

1. Выбор материала сварной конструкции и его свариваемость.

2. Технологичность сварной конструкции.

В этих разделах приводятся рекомендации по выбору материала сварной конструкции, химические составы сталей и сплавов, их механические свойства, дается понятие свариваемости в соответствии с ГОСТ 14.205-83, приводятся формулы по определению эквивалента углерода для различных сталей.

В разделе «Оценка технологичности сварной конструкции» приводятся показатели технологичности, дается их характеристика.

1 БЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При описании раздела «Выбор материала сварной конструкции и его свариваемость» следует:

а) указать чем следует руководствоваться при выборе материала сварной конструкции;

б) указать две марки сталей с указанием их химического состава в таблице № 1, механических свойств в таблице № 2 с указанием соответствующих ГОСТов;

в) указать условия и состояние поставки материала по размерам листа или профиля, виду термической обработки;

г) дать оценку соответствия материала назначению конструкции и условиям ее работы.

1.2. При оценке свариваемости различных металлов:

а) дать определение свариваемости в соответствии с ГОСТ;

б) указать критерии оценки свариваемости;

в) определить свариваемость сталей по эквиваленту углерода используя формулы (1), (2), (3).

г) сделать вывод, какую из выбранных сталей целесообразно применить для изготовления конструкции и к каким сталям она относится по свариваемости.

1.3. При описании раздела: «Технологичность сварной конструкции» следует дать определение технологичности согласно ГОСТ 14.201-83, затем указать показатели технологичности.

Провести оценку технологичности по металлоемкости, расчленению конструкции на отдельные узлы, возможность использования автоматических приспособлений, общей трудоемкости ее изготовления и себестоимости.

2 ВЫБОР МАТЕРИАЛА СВАРНОЙ КОНСТРУКЦИИ И ЕГО СВАРИВАЕМОСТЬ

От правильного выбора металла для сварных конструкций в значительной мере зависит их эксплутационная надежность и экономичность.

Для ответственных сварных конструкций, эксплуатирующихся в районах с температурой ниже –400С, следует рекомендовать легко свариваемые низколегированные стали 09Г2С, 15ГФ, 18Г2Ф, 09Г2, 10Г2С1, 15ХСНД, 16ГС, а для конструкций работающих при более высоких температурах – 10ХСНД, 14Г2, 15ГФ, 14ХГС.

Для изготовления различных изделий в машиностроении широко используются низколегированные стали с повышенным содержанием углерода 0,25% — 0,5% при суммарном легировании до 3 – 4%. Примерами таких марок могут служить: 35Х, 40Х, 35Г2, 40Г2, 50Г2, 30ХГСН2А, 30ХГТНА, 30ХГСА, а также теплоустойчивые стали – 20М, 20ХМ, 30ХМА, 25Х1М1Ф и др.

В данном разделе пояснительной записки необходимо обосновать выбор того или иного материала, указать в таблицах его химический состав и механические свойства согласно ГОСТу. Ниже даются наиболее распространенные стандарты с указанием марок, химического состава и механических свойств, которыми можно пользоваться при выборе основного металла:

ГОСТ 380 – 94 – сталь углеродистая, обыкновенного качества;

ГОСТ 1050 – 88 – сталь углеродистая, качественная конструкционная;

ГОСТ 19281 – 89 – сталь низколегированная сортовая, фасонная;

ГОСТ 19281 – 89 – сталь низколегированная для листового и широко – полосного проката, поковок, штамповок;

ГОСТ 5632 – 72 – стали высоколегированные и сплавы коррозионостойкие и жаропрочные;

ГОСТ 4784 – 74 – алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые.

Свариваемость различных металлов можно оценить:

— по равнопрочности металла;

— по эквиваленту углерода;

— по склонности к образованию горячих и холодных трещин.

В зависимости от свойств свариваемого металла, требований, предъявляемых к сварному соединению, способа и режима сварки, состава флюса, покрытия, защитного газа, состава дополнительного металла, оценку свариваемости можно проводить по различным показателям: по данным изменения структуры в З. Т.В., механических свойств сварного соединения или металла отдельных областей З. Т.В., склонности к образованию пор, горячих трещин и холодных.

Под хорошей свариваемостью низкоуглеродистой стали, предназначенной для изготовления конструкций, работающих при статистических нагрузках, понимают возможность при обычной технологии получить сварное соединение, равнопрочное с основным металлом, без трещин в металле шва и без снижения пластичности в околошовной зоне. Металл шва и О. Ш.З. в данном случае должны быть стойкими против перехода в хрупкое состояние при температуре эксплуатации конструкции и при концентрации напряжений, обусловленной формой узла. При сварке легированных сталей, применяемых при изготовлении химической аппаратуры, под свариваемостью также понимают и стойкость против образования трещин и закалочных структур в околошовной зоне, и обеспечение специальных свойств (коррозионной стойкости, прочности при высоких или низких температурах). При наплавке деталей, работающих на истирание, особое значение приобретает стойкость металла против эрозии, т. е. постепенного разрушения его вследствие механического износа.

С применением в технике высокопрочных конструкционных материалов, усложнением условий эксплуатации, работа конструкций и предъявление повышенных требований к работоспособности изделия, увеличивается и число показателей, входящих в понятие свариваемость. Для сталей, в основном, таким показателем является содержание в них углерода.

Повышенное содержание углерода, а также степень легирования увеличивает склонность стали к резкой закалке, в связи с чем такие стали обладают высокой чувствительность к термическому циклу сварки и околошовная зона оказывается резко закаленной, а значит непластичной при удовлетворительном формировании шва. Для снижения скорости охлаждения околошовной зоны с целью получения пластичности, для предотвращения образования горячих трещин, при сварке этих сталей необходим подогрев изделия.

Для приближенной оценки влияния термического цикла на закаливаемость О. Ш.З. можно пользоваться расчетом эквивалента углерода. Для сталей с минимальным содержанием углерода (низкоуглеродистые, низколегированные) можно пользоваться следующей формулой:

Сэкв = %С + (1)

Если Сэкв ≤ 0,35, то сталь сваривается удовлетворительно.

Для среднеуглеродистых и легированных сталей эквивалент углерода рассчитывается по формуле:

Сэкв = %С + (2)

Если Сэкв ≤ 0,45, то сталь сваривается без подогрева удовлетворительно, а если Сэкв>0,45, то требуется подогрев до Т0 С. Температура подогрева рассчитывается по формуле:

Т = 350 0С (3)

Где С=Сэкв (1+0,005S), где S – толщина металла, мм. Для высоколегированных сталей и цветных металлов эквивалент углерода не рассчитывается, поэтому, объясняя свариваемость этих металлов, необходимо отметить все трудности, возникающие при сварке и предложить мероприятия по их устранению.

После расчета эквивалента углерода следует сделать вывод, к каким сталям относится выбранная сталь по свариваемости и охарактеризовать как она сваривается.

В зависимости от эквивалентного содержания углерода и связанной с этим склонности к закалке и образованию трещин стали по свариваемости делят на 4 группы:

1. хорошо сваривающиеся, к этой группе относятся стали, сварка которых может быть выполнена по обычной технологии, т. е. без подогрева до сварки и в процессе сварки и без последующей термической обработки; стали первой группы имеют Сэкв≤0,25% хорошо свариваются без образования закалочных структур и трещин в широком диапазоне режимов, толщин и конструктивных форм.

2. удовлетворительно сваривающиеся, к этой группе относятся стали, при сварке которых в нормальных производственных условиях трещин не образуется, и стали которые нуждаются в предварительном подогреве, и последующей термообработке. Стали второй группы, имеют Сэкв=0,25 ÷ 0,35 %, мало склонны к образованию холодных трещин при правильном выборе режимов сварки.

3. ограниченно сваривающиеся, к этой группе относятся стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин. При сварке их предварительно подогревают и подвергают термообработке. Стали третьей группы имеют Сэкв – 0,36 ÷ 0,45%.

4. плохо сваривающиеся, к этой группе относятся стали, наиболее трудно поддающиеся сварке и склонны к образованию трещин. Стали четвертой группы имеют Сэкв > 0,45%, требуют при сварке подогрева, предварительной и последующей термообработки.

В таблица 1-14 приводятся химические составы и механические свойства углеродистых, низколегированных, среднеуглеродистых, высокохромистых сталей и сплавов, некоторых типовых марок алюминиевых и титановых сплавов.

Химический состав некоторых углеродистых конструкционных сталей, %