Сварочные работы в промышленности и строительстве. Виды сварки, применяемые в строительстве Правила использования профилей в строительных

РАЗДЕЛ 4. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Конструкциях

Правила использования профилей в строительных

1. При проектировании строительных стальных конструкций следует компоновать каждый элемент и весь объект в целом из минимально необходимого числа различных профилей.

2. Применяемые в одном отправочном элементе уголки, тавры, полосы одного номинального размера, но разной толщины должны иметь разность толщин одноименных профилей не менее 2 мм.

3. Не допускается применять в одном отправочном элементе одинаковые профилеразмеры из разных марок сталей.

4. Применение в одном объекте профилированных листов одной номинальной высоты, но разной толщины не допускается.

Сварные соединения являются основным видом соединений в строительных конструкциях. При проектировании конструкций со сварными соединениями следует предусмотреть применение высокопроизводительных эффективных видов сварки, обеспечивающих повышение надежности сварных соединений и производительности труда.

Сваркой металлов называют технологической процесс образования неразъемного соединения деталей конструкции путем местного сплавления или совместного пластического деформирования в области соединения этих деталей, сопровождающегося диффузией атомов. В результате сварки возникает прочное сцепление, основанное на межатомном взаимодействии в примыкающих участках деталей.

Сварка позволяет получить простую конструктивную форму соединения, дает экономию металла по сравнению с другими видами соединений (например, болтовыми), позволяет применять высокопроизводительные механизированные способы изготовления. Сварные соединения обладают свойством газо- и водонепроницаемости, что важно для листовых конструкций, предназначенных для хранения газов или жидкостей (резервуары, газгольдеры, трубопроводы).

Однако при проектировании сварных конструкций следует помнить, что процесс сварки, являясь мощным энергетическим процессом, вносит изменения в свойства исходного металла. В сварном соединении образуются зоны с различным химическим составом металла, различной структуры, различными механическими свойствами. Возможные дефекты сварных соединений (поры, подрезы и др.) также создают неоднородность соединения.

Все эти обстоятельства учитываются при проектировании конструкций путем применения сварочных материалов в соответствии со свойствами основного материала и условиями работы (температура окружающей среды при изготовлении и эксплуатации, вид напряжения – статические нагрузки или циклические и т.п.), выбор режима сварки, а также назначения специальных коэффициентов сварного соединения.

В настоящее время внедряются такие процессы, как электронно-лучевая, плазменная, лазерная и другие виды сварки. Пластичность используемых в строительстве материалов, размеры элементов конструкций и характер внешних воздействий на конструкции позволяют использовать в основном в строительстве электродуговую сварку, реже газовую и контактную.

Длинномерные швы в конструкциях (поясные швы балок, колонн и др.) выполняются в заводских условиях автоматической сваркой под флюсом. Флюс защищает изделие от вредного воздействия окружающей среды на металл соединения. При этом механизированы два рабочих движения: подача

электродной проволоки и относительное перемещение дуги и изделия. К недостаткам автоматической сварки можно отнести затруднительность выполнения швов в вертикальном и потолочном положении, что ограничивает ее применение на монтаже.

Короткие швы (приварка ребер, сварка узлов в решетчатых конструкциях) выполняют полуавтоматической сваркой. При этом автоматически подается сварочная электродная проволока, а передвижение дуги по изделию производится вручную. Полуавтоматическую сварку стальных конструкций чаще выполняют в среде защитного газа (углекислый газ). Реже применяют сварку порошковой проволокой.

В ряде случаев используют ручную сварку качественными электродами, т.е. с качественным покрытием (толстым покрытием). При ручной дуговой сварке оба главных рабочих движения – подача электродной проволоки и передвижения дуги по изделию – выполняются вручную.

Ручная электродуговая сварка универсальна и широко распространена, так как может выполняться в любом положении. К недостаткам ручной сварки относятся меньшая глубина проплавления основного металла, меньшая производительность процесса из-за относительно низкой величины применяемого сварного тока, а также меньшая стабильность ручного процесса по сравнению с автоматической сваркой под флюсом.

Электрошлаковая сварка - разновидность сварки плавлением; этот тип сварки удобен для вертикальных стыковых швов металла толщиной от 20 мм и более. Процесс сварки ведется голой электродной проволокой под слоем расплавленного шлака, сварочная ванна защищена с боков медными формирующими шов ползунами, охлаждаемыми проточной водой. Качество шва получается очень высокое.

Ванная сварка – разновидность электрошлаковой, применяется в некоторых случаях при сварке арматуры большой толщины в железобетонных конструкциях.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Основы металлических конструкций

Основы металлических конструкций.. учебное пособие.. для студентов специальности..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Изгибаемого элемента
по высоте балки в упругой стадии будет существенно отличаться от предыдущего случая, а при дальнейшем увеличении нагрузки вплоть до появления пластического шарнира (Ơпр = Ơ

Основы расчета центрально сжатых стержней
Исчерпание несущей способности длинных гибких стержней, работающих на осевое сжатие, происходит от потери устойчивости (рис.2.4,а). Поведение стержня под нагрузкой х

Характеристика основных профилей сортамента
Первичным элементом стальных конструкций является прокатная сталь, которая выплавляется на металлургических заводах. Прокатная сталь, применяемая в стальных конструкциях, делится на две группы:

Листовая сталь
Листовая сталь широко применяется в строительстве, поставляется в пакетах, рулонах и классифицируется следующим образом. Сталь толстолистовая (ГОСТ 19903- 74). Сор

Двутавры
Двутавры – основной балочный профиль – имеют наибольшее разнообразие по типам (см. рис. 3.1,г-ж), которые соответствуют определенным областям применения.

Холодногнутые профили
Гнутые профилиизготовляются из листа, ленты или полосы толщиной от 1 до 8 мм и могут иметь самую разнообразную форму (рис. 3.3). Наиболее употребительны уголки равнополочные (ГОСТ

Различные профили и изделия из металла, применяемые в строительстве
В сравнительно меньшем объеме применяются в металлических конструкциях профили других конфигураций и стальные материалы разного назначения (стальные канаты и высокопрочная проволока): двутавровые п

Профили из алюминиевых сплавов
Строительные профили из алюминиевых сплавов (рис.3.4), получают прокаткой, прессованием или литьем. Листы, ленты и плиты прокатываются в горячем или холодном состояниях. Листы прока

Конструкциях
1. При проектировании строительных стальных конструкций следует компоновать каждый элемент и весь объект в целом из минимально необходимого числа различных профилей. 2. Применяемые в одном

Виды сварных швов и соединений
Сварным швом (в дуговой сварке) называется конструктивный элемент сварного соединения на линии перемещения источника сварочного нагрева (дуги), образованный затвердевшим после расп

Или с подваркой корня)
Соединение Шов Эскиз Значение

Конструирование и работа сварных соединений
При проектировании сварных соединений необходимо учитывать их неоднородность, определяемую концентрацией напряжений, изменением механических характеристик металла и наличием остаточного и напряженн

Расчет сварных соединений
При расчете сварных соединений необходимо учитывать вид соединения, способ сварки (автоматическая, полуавтоматическая, ручная) и сварочные материалы, соответствующие основному матер

Материалы для сварных соединений стальных конструкций
Сталь Материал Нормативное сопротивле- ние металла шва

Пояса ферм работают на продольные усилия и момент (аналогично поясам
сплошных балок); решетка ферм воспринимает в основном поперечную силу, выполняя функции стенки балки. Знак усилия (минус – сжатие, плюс – растяжение) в элементах решетки ферм с параллельны

Компоновка конструкций ферм
Выбор статической схемы и очертания фермы – первый этап проектирования конструкций, зависящий от назначения и архитектурно – конструктивного решения сооружения и пр

Типы сечений стержней ферм
Наиболее распространенные типы сечений элементов легких ферм, показаны на рис.9.10. По расходу стали наиболее эффективным является трубчатое сечение (рис.9.10,а). Тр

Расчет ферм
Определение расчетной нагрузки.Вся нагрузка, действующая на ферму прикладывается обычно в узлах фермы, к которым прикрепляются элементы поперечной конструкции (прогоны кро

Определение усилий в стержнях ферм
При расчете ферм со стержнями из уголков или тавров предполагается, что в узлах системы – идеальные шарниры, оси всех стержней прямолинейны, расположены в одной плоскости и пересекаются в центрах у

Определение расчетной длины стержней
В момент потери устойчивости сжатый стержень выпучивается, поворачивается вокруг центров соответствующих узлов и вследствие жесткости фасонок заставляет поворачиваться и изгибаться

Предельные гибкости стержней
Элементы конструкций должны проектироваться из жестких стержней. Особенно существенное значение имеет гибкость “

Подбор сечений элементов ферм
В фермах из прокатных и гнутых профилей для удобства комплектования металла принимают не более 5-6 калибров профилей. Из условия обеспечения качества сварки и повышения коррозионной стойко

Подбор сечений сжатых элементов
Предельное состояние сжатых элементов ферм определяется их устойчивостью, поэтому проверка несущей способности элементов выполняется по формуле

Подбор сечения растянутых элементов
Предельное состояние растянутых элементов определяется их разрывом, где

Подбор сечения стержней по предельной гибкости
Ряд стержней легких ферм имеет незначительные усилия и, следовательно, небольшие напряжения. Сечения этих стержней подбирают по предельной гибкости (см. п.9.4.4). К таким стержням обычно относятся

Тяжелых ферм
Стержни тяжелых ферм проектируются, как правило, составного сечения – сплошного или сквозного (см. рис.9.11). Если высота сечения превысит

Конструкция легких ферм
Общие требования к конструированию. Чтобы избежать дополнительных напряжений от расцентровки осей стержней в узлах, их необходимо центрировать в узлах по осям, проходящим через цен

Фермы из одиночных уголков
В легких сварных фермах из одиночных уголков узлы можно проектировать без фасонок, приваривая стержни непосредственно к полке поясного уголка угловыми швами (рис.9.16). Уголки следует прикреплять о

Фермы из парных уголков
В фермах из парных уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасонках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швам (рис.9.17). Усилие в элементе ра

Ферма с поясами из широкополочных тавров
с параллельными гранями полок Тавры с параллельными гранями полок получают путем продольного роспуска широкополочных двутавров. Тавры применяют в поясах ферм; решетка выполняется из спарен

Фермы из труб
В трубчатых фермах рациональны безфасоночные узлы с непосредственным примыканием стержней решетки к поясам (рис.9.22,а). Узловые сопряжения должны обеспечивать герметизацию в

Фермы из гнутых профилей
Фермы из гнутых сварных замкнутых профилей (ГСП) проектируют с бесфасоночными узлами (рис.9.25). Для упрощения конструкции узлов следует принимать треугольную решетку без дополнительных стоек, при

Оформление рабочего чертежа легких ферм (КМД)
На деталировочном (рабочем) чертеже показывают фасад отправочного элемента, планы верхнего и нижнего поясов, вид сбоку и разрезы. Узлы и сечения стержней чертят в масштабе 1

Предварительно напряженные фермы
В фермах предварительное напряжение осуществляется затяжками, в неразрезных фермах – смещением опор. В разрезных фермах затяжки выполняются из высокопрочных материалов (стальных канатов, пучков

Сварка – процесс создания неразъемного соединения путем установления межмолекулярных и межатомных связей за счет взаимной диффузии молекул и атомов соединяемых деталей.

Сварка осуществляется за счет нагрева или пластического деформирования механическим воздействием на молекулы и атомы в зоне соединения, или тем и другим совместно.

1.Классификация по физическим признакам.

Класс сварки определяется формой энергии, используемой для сварки. Термический класс основан на использовании тепловой энергии. Механический класс – механической энергии. Термо м еханический класс – используется тепловая энергия и давление.

В каждом классе сварка подразделяется на виды по источнику энергии. К термическому классу относятся следующие виды: дуговая, газовая, электрошлаковая, плазменная и т.д.

К механическому классу относятся: сварка трением (для пластмасс), взрывная, холодная давлением (для специальных видов пластмасс). К термомеханическому классу относятся: контактная, экструзионная, кузнечная и др.

2.Классификация по степени автоматизации и механизации : дуговая сварка бывает ручная, механизированная (полуавтоматическая), автоматизированная, автоматическая.

3.Классификация по технологическим признакам : контактная сварка бывает стыковая, точечная, шовная.

4.Классификация по степени защиты металла в зоне сварки: сварка в защитном газе, в вакууме, под флюсом, по флюсу.

28. Мероприятия по снижению остаточных сварочных напряжений и деформаций.

Остаточными напряжениями называются внутренние напряжения сварочных конструкций, которые возникают после остывания.

Остаточные деформации – деформации, которые возникают после остывания.

Причинами возникновения остаточных деформаций и напряжений являются неравномерная усадка соединяемых деталей при остывании.

Мероприятия по снижению напряжений и деформаций:

высокий отпуск – нагрев конструкции до температуры 300-350С и медленное остывание. Это самый эффективный способ, позволяет снизить до 80% напряжений и деформаций.

Местный отпуск – нагрев до 200-250С зоны сварного соединения и медленное остывание.

Термическая правка – нагрев деформируемого участка до 200-250С и механический воздействие.

Создание предварительных деформаций, обратных ожидаемым.

Использование минимальных катетов и толщин швов.

Регулирование погонной энергии сварки

Создание припусков увеличенных размеров заготовок на величину ожидаемой деформации

Рациональная технология сборки и сварки

Сварка тонколистовой конструкции на жесткие каркасы.

29. Дефекты сварных швов и причины их возникновения.

Дефекты бывают явные и скрытые, значительные и малозначительные, устранимые и неустранимые.

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие параметров шва нормативным требованиям.

Виды дефектов :

Нарушение формы шва: завышенная толщина, чрезмерная выпуклость угловых швов, чрезмерная вогнутость, заниженная толщина. Причины : низкая квалификация сварщика, нарушение скорости сварки, неправильная подача электрода.

Подрез – углубление на границе между металлом шва и основным металлом. Приводит к концентрации напряжений. Причины : неправильное ведение электрода, большая сила тока.

Непровар – отсутствие сплошного соединения между металлом шва и основным металлом. Т.е. жидкий металл затекает в зазор между деталями, а основной металл не расплавляется. Причины : не достаточная глубина оплавления, слабая сила тока, быстрое ведение электрода, низкая квалификация сварщика.

Наплывы – натекание жидкого металла на основной металл или ранее выполненный валик шва. Причины : замедленное движение электродом, избыточное количество наплавленного металла.

Прожог – местное сквозное отверстие в соединении. Причины : большая сила тока, большой диаметр электрода.

Пережог – окисление металла шва и околошовной зоны. Причины : большая сила тока, большая длина дуги.

Трещины холодные и горячие. Холодные трещины возникают после полного остывания. Горячие – в процессе остывания. Причины : закалочные явления, малый температурный интервал хрупкости, снижение способности к пластическому деформированию.

Пористость – наличие газовых пузырей внутри металла шва и шероховатости на поверхности. Нарушается герметичность швов. Причины : наличие влаги на металле и на электродах.

Шлаковые включения – остатки частиц тугоплавкого защитного покрытия электродов и окислов в металле шва. Снижает прочность шва.

Общие причины дефектов: низкая квалификация сварщика, нарушение технологии сварки, плохое качество сварочных материалов.

Газы применяемые при газопламенной обработке:

Кислород – при нормальных условиях имеет плотность 1,33 кг/м 3 , температура кипения –183 о С (90 К), из одного литра жидкого кислорода получается 860 л. при 1кг/см 2 Транспортируется в танках в жидком состоянии и в баллонах в газообразном при давлении 150 кг/см 2 , объем стандартного баллона 40 литров.(6000л. газа с баллона при нормальном давлении).

Горючие газы:(ацетилен, водород, СО, метан, пропан, пары керосина и бензина)

Ацетилен обеспечивает максимальную температуру пламени 3200 о С, но является взрывоопасным газом. Поэтому баллон емкостью 40 л. на заполнен пористой массой и ацетоном. Ацетилен имеет очень высокую растворимость в ацетоне и при давлении 16 кг/см 2 объем газа составляет – 5 м 3 . Ацетилен может быть получен и из карбида кальция по реакции:

СаС 2 + 2Н 2 О = С 2 Н 2 + Са(ОН) 2

В специальных ацетиленовых генераторах. Ацетилен при этом получается дешевле, но образующаяся известь загрязняет окружающую среду и этот способ в пределах населенных пунктов запрещен.

Защитные газы

Инертные в основном применяются аргон и гелий. Аргон сварочный марки А имеет чистоту > 99,99 % и влажность < 0,03 г/м 3 . Инертные газы транспортируются в баллонах в газообразном состоянии при давлении 150 кг/см 2 . Температура кипения аргона –185,5 о С, а гелия –268,9 о С (4 К). Поэтому аргон может поставляться на предприятия в больших количествах в жидком виде – в танках-газификаторах.

Активные в первую очередь СО 2 и ее смеси с кислородом или аргоном.

Углекислота имеет температуру кипения (сублемации) –78,9 о С и содержится в 40 литровых баллонах в жидком состоянии. В зависимости от температуры давление в баллоне меняется: –30 о С 14,5 ати; –10 26 ати; 0 35,5 ати; +20 58,5 ати.

В баллон заливают 25 кг жидкой углекислоты из которой получают примерно 12,5 м 3 газа. (расход газа на защиту около 10 л/мин или 0,6 м 3 /час) т е один баллон на 20 часов.

Сварочный углекислый газ при минимальном содержании влаги (в отличии от пищевого) обеспечивает хорошую защиту нормальные условия для протекания окислительно-восстановительные процессов при наличии повышенного содержания кремния и марганца в проволоке (Св-08Г2С).

Добавление 3…5 % кислорода к СО 2 снижает разбрызгивание металла примерно не 30 %.

При наплавке стеллитов используются смеси аргона с 7…12 % водорода. Это обеспечивает раскисление поверхности металла и хорошее растекание присадки.

СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Для получения неразъемных соединений деталей конструкций или соединений из металлов применяют сварку. По виду используемого источника энергии различают сварку газовую и электрическую. Работы по выполнению газовой или электрической сварки называются сварочными.

Газовая сварка

Газовая сварка - способ сварки металлических изделий с помощью газового пламени, которое образуется в результате сгорания смеси технически чистого кислорода с горючим газом. Кислород (О 2) - газ с массой, равной 1,33 кг/м 3 при давлении 9,810 Па (1 кгс/см 2), активно поддерживающий горение! Кислород обычно поставляется в стальных баллонах под давлением 15 МПа. Присоединение незначительного количества масла или жиров к кислороду приводит к самовоспламенению или взрыву. Поэтому кислородные баллоны необходимо предохранять от загрязнения маслом.

Горючие газы выделяют при интенсивном горении большое количество тепла. К таким газам относятся ацетилен, водород, метан, пропан. В качестве горючего газа используется преимущественно ацетилен, так как ацетиленокислородное пламя дает наиболее высокую температуру (3100-3200°С). Водородно-кислородная, бензинокислородная и другие виды газовой сварки применяются давно.

Ацетилен (С 2 Н 2) представляет собой газообразное химическое соединение углерода с водородом. В чистом виде ацетилен взрывоопасен, поэтому при использовании его необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. Технический ацетилен получают разложением жидких углеводородов (нефти, керосина) термоокислителъным процессом природного газа. Однако в практике часто ацетилен получают на месте сварки в ацетиленовых генераторах из карбида кальция (кускообразное вещество темно-серого или коричневого цвета с объемной массой 2,26 кг/дм 3) разложением его водой:

СаС 2 + 2Н 2 0 = С 2 Н 2 + Са(ОН) 2 .

В результате реакции из 1 кг технического карбида кальция получают примерно 235-285 л ацетилена. Для сварочных работ применяют генераторы ацетиленовые низкого (0,01 МПа) и среднего (0,01-0,15 МПа) давления.

При незначительных объемах сварочных работ ацетилен, растворенный в ацетоне, доставляют в стальных баллонах. Растворенный ацетилен не дает паров воды, образует более горячее пламя и является взрывобезопасным.

Кислород и ацетилен по шлангам подводятся к сварочной горелке - устройству для регулируемого смешения горючего газа и кислорода и сгорания смеси на выходе из мундштука горелки. Нагретый пламенем стык свариваемого металла расплавляется (температура пламени 3000-315.0°С) и вместе с присадочным материалом (прутками, проволокой) образует сварочную ванну. Сварочное пламя (температура пламени 3000-3150°С) одновременно оплавляет кромки соединяемых деталей и вместе с присадочным материалом (прутками, проволокой) образует сварочную ванну (сварной шов). Возможно применение флюсов - сварочных порошков или паст для защиты металла от окисления и удаления образующихся окислов при сварке. В качестве флюсов используют прокаленную буру, борную кислоту, кремнекислоту и пр.

Металлургические процессы при газовой сварке сопровождаются: испарением металла, когда в процессе его нагрева до температуры, близкой к кипению, испаряются легирующие добавки (цинк, алюминий, магний, свинец), что влечет за собой изменение свойств металла; окислением, когда в результате окисления железа и выгорания углерода шов получается пористым с пониженными механическими свойствами; раскислением металла сварочной ванны углеродом, окисью углерода, водородом, которые имеются в пламени газовой горелки или применением сильных раскислителей (кремния и марганца в виде флюса). Изменяя соотношение кислорода и ацетилена, можно добиться нормального сварочного пламени (восстановительного), избыточного по кислороду (окислительного) и избыточного по ацетилену (неуглероживающего).

Сварочное оборудование для газовой сварки состоит из баллонов кислорода, баллонов хранения или получения горючего газа, редукторов (для регулирования давления газа), шлангов для подачи газа и горелки. Газовой сваркой выполняют нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы. Наиболее часто газовую сварку применяют для стыковых соединений, реже - для угловых и торцевых. При этом в зависимости от движения горелки и присадочной проволоки различают левую и правую сварку. Кроме того, сварные швы могут быть выполнены сквозным валиком и ванночкой при наложении швов в один и несколько слоев.

Газовая резка применяется при изготовлении металлических изделий. Применяют кислородную и кислородно-флюсовую резку металла.

Кислородная резка по назначению делится на разделительную (для вырезки заготовок, раскроя листов) и поверхностную (для раздела канавок на металле, удаления поверхностных дефектов). Эта резка основана на плавлении металла пламенем, которое образуется сгоранием какого-либо горючего газа в кислороде, и выполняется вручную резаком и на машинах полуавтоматического и автоматического действия. Режущая струя кислорода с газом, касаясь нагретого металла, окисляет и сжигает его верхний слой. Процесс окисления вызывает выделение большого количества тепла, которое расходуется на нагрев нижележащих слоев металла. Для кислородной резки пригодны горючие газы (ацетилен, коксовый газ) и жидкие материалы (керосин, бензин), дающие температуру пламени не менее 1800°С. Для резки металла используют горелки, конструкция которых отличается от горелок для сварки.

Кислородно-флюсовая резка применяется для раскроя хромистых и хромоникелевых сталей и заключается в том, что в струю режущего кислорода подают порошкообразный флюс (железный порошок), который при сгорании выделяет дополнительное количество тепла, способствующего расплавлению тугоплавких материалов.

Газовая сварка мало механизирована и выполняется обычно вручную. Она применяется в основном для сварки тонкостенных (0,1-6 мм) изделий из стали, чугуна, меди, алюминия, всевозможных сплавов. Для сварки толстых деталей можно использовать другие, более дешевые и удобные виды сварки. Газовая сварка дает удовлетворительное качество шва, однако при этом способе нередки случаи коробления свариваемых деталей вследствие нагрева большого объема металла. Преимущества газовой сварки: портативность и невысокая стоимость аппаратуры. К недостаткам относятся: высокая стоимость работ и взрывоопасность. Поэтому газовую сварку при возможности заменяют дуговой электросваркой.

Электрическая сварка

Электрической сваркой называется способ сварки металла, при котором источником теплоты для получения необходимой температуры является электрическая энергия. Электрическую энергию в тепловую можно преобразовать двумя способами:

♦ пропусканием электрического тока через свариваемые детали, сближенные одна с другой, - контактная сварка;

♦ с помощью электрической дуги - дуговая сварка.

Для получения сварных соединений на строительной площадке в основном применяют следующие способы электрической сварки (рис. 1):

♦ электродуговая ручная плавящимся электродом, при которой свариваемые детали нагреваются электрической дугой, горящей между ними и электродом. Дуга расплавляет кромки деталей и электрод, расплавленный металл образует сварной шов;

♦ электродуговая полуавтоматическая под флюсом, при которой сварка производится дугой, горящей под флюсом между изделием и электродной проволокой, проходящей по гибкому шлангу от подающего механизма. Флюс, частично расплавленный при сварке и образующий на поверхности шва слой шлака, предназначен для защиты расплавленного металла от вредного воздействия кислорода и азота воздуха и улучшения свойств наплавленного металла;

♦ электродуговая плавящимся электродом в углекислом газе, который подается в зону дуги под небольшим давлением через специальный наконечник. Дуга поддерживается между присадочной проволокой и свариваемым изделием.

Рис. 1. Основные способы электрической сварки и положения швов: а - электродуговая ручная плавящимся электродом: 1 - свариваемые детали; 2 - электрическая дуга; 3 - электрод; б - электродуговая полуавтоматическая под флюсом: 1 - свариваемое изделие; 2 - электродная проволока; 3 - флюс; 4 - держатель; 5 - гибкий шланг; 6 - подающий механизм; в - электродуговая плавящимся электродом в углекислом газе: 1 - свариваемое изделие; 2 - дуга; 3 - присадочная проволока; г - электрошлаковая: 1 - ползуны; 2 - свариваемые детали; 3 - электродная проволока; 4 - флюс; 5 - шлак; 6 - сварной шов; д, е, ж - положение швов на плоскости (д - фланговой, е - лобовой, ж -косой); з - в пространстве: I - нижнее; II - вертикальное; III - потолочное; и - горизонтальный шов на. вертикальной плоскости

Сварка в защитных газах как плавящимся, так и неплавящимся электродом может быть автоматической и полуавтоматической. Этот способ характеризуется высокой производительностью и хорошим качеством шва;

Электрошлаковая, при которой в зазор между расположенными вертикально свариваемыми деталями подается флюс и электродная проволока. В начале процесса дуга горит, после образования достаточно большого слоя шлака она гаснет, так как проводимость жидкого шлака выше проводимости дуги. Электрический ток, проходя через жидкий шлак, выделяет большое количество теплоты, достаточное для расплавления электродной проволоки, кромок соединяемых деталей и образования сварного шва. Жидкий металл удерживается в ванне, образованной прижатыми к деталям ползунами. Вместо проволоки может быть использован пластинчатый электрод.

Сварочные работы для монтажа металлических и арматурных конструкций на строительных площадках в основном производятся с помощью электродуговой сварки. Чаще всего применяется ручная дуговая сварка, которая постепенно вытесняется более совершенными видами сварки: полуавтоматической с использованием порошковой проволоки, полуавтоматической ванной и ванно-шовной, полуавтоматической с открытой дугой в среде защитного газа, электрошлаковой и т.д. По типам сварных швов при монтаже и сборке конструкций дуговую сварку можно подразделить на шовную и точечную, многошовную, ванную и ванно-шовную.

Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой проволоку стальную сварочную диаметром 1,6-12 мм и длиной-225-450 мм, покрытую специальной обмазкой, обеспечивающей стабильное горение сварочной дуги и получение соединения с требуемыми свойствами.
Для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом и в среде защитных газов используют стальную сварочную проволоку сплошного сечения. Ее следует очищать от ржавчины, жировых и других загрязнений.

Покрытые электроды, порошковые проволоки и флюсы перед употреблением необходимо прокалить по режимам, указанным заводами-изготовителями сварочных материалов. Прокаленные сварочные материалы следует хранить в сушильных печах при 45-100 °С или в кладовых-хранилищах с температурой воздуха не ниже 15 °С и относительной влажностью не более 50%, не допуская увлажнения и механических повреждений. Флюс перед применением просушивают до нормальной влажности (0,1%).

Источниками питания сварочной дуги служат трансформаторы, преобразователи и выпрямители. Для сварочных работ, выполняемых в закрытых, отапливаемых помещениях, целесообразно применять сварочные выпрямители, чувствительные к температурным изменениям; на открытом воздухе лучше эксплуатировать преобразователи и трансформаторы.

При работе в полевых условиях в качестве источников питания используют сварочные агрегаты, состоящие из генератора постоянного тока и двигателя внутреннего сгорания, смонтированных на общей раме и соединенных эластичной муфтой. Агрегат устанавливается в кузове автомобиля, на автомобильном или тракторном прицепе.

Сварку конструкций следует производить после проверки правильности сборки.

Типы швов монтажных стыков стальных конструкций в зависимости от их положения приведены на рис. 1, д-и. Основные типы сварных соединений - одношовные и точечные. Шовные соединения могут выполняться с двумя накладками или внахлестку. При этом выполняется два или четыре фланговых шва. Стыковые точечные соединения выполняют с двумя накладками из стержней четырьмя точками с одной стороны и с нахлесткой стержней, двумя точками с одной стороны и с нахлесткой стержней, двумя точками с каждой стороны.

Типы сварки арматуры показаны на рис. 8.2. Наиболее эффективным способом соединения стержней арматуры диаметром 20-40 мм в условиях строительной площадки является ванная сварка в съемных формах многоразового (медь, графит и др.) или одноразового использования. Эффективна технология ванной сварки сталей с использованием гибких подкладных лент из стекловолоконных и стеклотканевых материалов. Формы снимают через 5-10 мин после окончания ванной сварки.

Рис..2. Типы сварки арматуры: а - внахлестку для стержней диаметром до 40мм; б- то же, до 80мм; в, г -с накладками для стержней диаметром до 80мм; д - со стальной прокладкой для стержней диаметром 20-30 мм, расположенных горизонтально; е - то же, вертикально; ж - встык с разделкой без подкладки стержней большого диаметра; з, и - полуавтоматическая ванная сварка горизонтальных и вертикальных стержней; к, л- ручная электродная ванная сварка горизонтальных и вертикальных стержней; 1- проволока; 2 - шлак; 3 - наплавленный металл; 4 - электрод.

Общая площадь поперечного сечения накладок должна превышать площадь поперечного сечения на 30-50% для стали классов A-I, А-II и на 100% для классов A-III.A-IV.

Для обеспечения необходимой прочности сварного соединения длину накладок и сварных швов выбирают с учетом класса основного металла и диаметра стыкуемых стержней d. Длина должна быть не менее 3d 2 (при двусторонних швах) или 6d, (при одностороннем шве) для стержней класса A-I, 4d 2 или 8d, - для классов А-II и A-III и 10d 2 или 5d, -для класса А-IV. При точечной сварке стержней длина накладок или нахлестки должна быть не менее 3d 2 для стержней класса A-I, 4d, --для класса A-III. Минимальные размеры точек должны составлять: длина 0,27- 1,2 мм, ширина 1,2-2 мм.

Технологические режимы для обеспечения высокого качества сварного шва выбирают в зависимости от вида сварного соединения и толщины свариваемого металла в следующем порядке: устанавливают тип электрода, его диаметр и силу тока, которые являются исходными для принятия всех остальных параметров. При этом диаметр электродов подбирают в зависимости от толщины свариваемого металла d a , а силу тока I - в зависимости от диаметра электрода d .

Для обычных сварочных работ принимают следующее соотношение этих величин:

Эти величины нельзя рассматривать как постоянные, так как сварочный ток зависит не только от диаметра электрода, но и от его типа, условий сварки, скорости перемещения электрода, погонной энергии и т.д. Выбор диаметра электрода при сварке в нижнем положении практически не ограничен и зависит от квалификации сварщика.

При сварке в вертикальном положении не следует выбирать электроды диаметром более 5 мм, при сварке в потолочном и горизонтальном положениях не рекомендуется использовать электроды диаметром более 4 мм.

При сварке в горизонтальном, вертикальном и потолочном положениях сила сварочного тока на 10-20% должна быть ниже, чем при сварке в нижнем положении. Напряжение при этом также понижается.

Исследования показали, что сила тока (I) растет быстрее, чем диаметр электрода (d 3), и медленнее, чем площадь его сечения. Однако на практике при выборе силы тока пользуются зависимостью I = K-d g (К - постоянный коэффициент, равный 40-50).

Кроме того, следует учитывать вид защитного покрытия электрода. Для электродов с тонким стабилизирующим покрытием требуется ток меньшей силы, а при толстом покрытии - большей.

Техника сварки должна обеспечить получение сварного шва или точки с заданными размерами и необходимой прочности.

Большое значение имеет техника наложения шва, которая зависит от толщины свариваемых деталей, ширины шва и глубины провара. При перемещен электрода прямолинейно вдоль шва без колебательных движений наплавляет узкий (ниточный) валик.

Изменяя наклон электрода (угол а) можно регулировать глубину провара влиять на охлаждение ванны. Если сообщать электроду колебательные движения вдоль оси электрода сверху вниз, вдоль линии шва и поперек шва, можно достичь различной степени прогрева кромок изделий, замедлить остывание сварочной ванны и получить необходимый провар и ширину шва.

Сварку арматурных стержней осуществляют в два приема: вначале собранные в кондукторе стержни закрепляют прихватками, располагаемыми с одной ст ороны, а затем накладывают швы вне кондуктора. Последовательность выполнения швов зависит от класса стали и ее химического состава. Сварку стыков с накладками и внахлестку из стали классов A-I, A-II, А-Ш ведут от середины накладок к их концам.

Сталь класса A-IV (марок 20ХГ2Ц, 20ХГСТ) сваривают со смещаемыми накладками, что уменьшает термическое влияние на структуру стали. С этой же целью сварку необходимо начинать с концов накладок и шов выполнять в шахматном порядке вначале по одной стороне соединения, а затем (после охлаждения одностороннего сварного соединения ниже 100°С) по другой стороне, но с отступлением от концов накладки на расстояние d. Это способствует рассредоточению местных напряжений.

В последние годы для сварки внедряют новые способы - полуавтоматическую сварку порошковой проволокой, открытой дугой в среде защитного газа и под слоем флюса.

Полуавтоматическую сварку порошковой проволокой успешно применяют для различных типов соединений стержневой арматуры периодического и гладкого профилей. Сварку проводят порошковой проволокой ЭПС-15/2, ПП-АНЗ и другими на полуавтоматах со сварочными преобразователями ПС-300М; ПС-500, ПСГ-500-1 или трансформаторами ТСД-500 и др.

Сварочные полуавтоматы имеют одинаковое устройство, но различную компоновку. Они могут быть стационарными, передвижными и переносными. Сварочный полуавтомат содержит катушку с проволокой, подающее устройство, гибкий направляющий канат, ручной держатель или горелку. Полуавтоматы обеспечивают постоянную плавно регулируемую подачу проволоки и позволяют получать соединения высокого качества.

При сварке под флюсом сварочная дуга между электродом и изделием горит под слоем сыпучего вещества - флюса. В результате погружения дуги в массе образуется среда, которая значительно улучшает условия формирования сварного шва, повышает тепловой баланс сварки, предотвращает разбрызгивание и угар металла. Все это дает возможность повысить сварочный ток в 6-8 раз, доведя его до 4000 А, и, естественно, сократить длительность сварки почти в 10 раз, обеспечив условия для применения полуавтоматических и автоматических сварочных агрегатов.

Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа наиболее распространена. Эффективность газовой защиты заключается в том, что струя газа (обычно С0 2) из сопла держателя защищает сварной шов от окисления, позволяет использовать электродную проволоку малого диаметра (1 - 1,5 мм) без покрытия и вести сварку в любых положениях без опасности пережога металла.

Дуговая сварка в среде защитного газа высокопроизводительна, легко поддается автоматизации, позволяет выполнять соединения без флюсов и не требует покрытий на электродах. В качестве защитных используют инертные газы, углекислый газ, водород и др. Такая среда упрощает процесс сварки, позволяет наблюдать за сварным швом, значительно улучшает качество шва, так как в этом случае практически шов не взаимодействует с кислородом и азотом воздуха. Образующаяся небольшая сварочная ванна позволяет вести сварку без опасности пережога металла.

Большое теоретическое и практическое значение имеют работы в области исследования режимов и техники сварки термически упрочненной арматуры. Основное затруднение при сварке этих сталей - разупрочнение участка околошовной зоны, подвергавшегося нагреву до 700 "С. Чем больше погонная энергия сварки, тем шире зона разупрочнения. Поэтому для электросварки термически упрочненной арматуры необходимо применять режимы сварки с погонной энергией до 2-10 4 Дж/см (500 кал/см), а также использовать способы сварки с наименьшим теплоотводом в основной металл. При этом следует использовать сварку под слоем флюса и в среде защитных газов. При ручной и полуавтоматической сварке рационально применять электроды Э55-Ф, обеспечивающие равнопрочность металла шва с основным термически упрочненным металлом, или электродную проволоку Св-10Г2, Св-10ГСМТ и другие при сварке под флюсом.

Дуговую сварку многослойными швами применяют для соединения арматурных каркасов на строительных площадках, так как в условиях строительства не всегда возможно использовать сварочные машины. Такими соединениями могут быть узлы сборки железобетонных конструкций (ригелей с колоннами, балок с колоннами, колонны с колонной и т.д.). При этом стержни и другие арматурные элементы, подлежащие монтажу и стыкованию сваркой, должны быть соосны и иметь отклонения не выше допустимых (+5-20 мм для тонких и +40-50 мм для массивных конструкций). Между торцами стержней должен быть обозначен рекомендуемый зазор. Сварное соединение может выполняться без накладок и с установкой скоб-подкладок.

Подкладка - это дополнительная деталь стыка, которая служит формой для образования сварного шва, и после выполнения соединения частично распределяет усилия в арматурном стержне. Подкладки полукруглой формы называются скобами-подкладками. Длина скобы-подкладки должна быть не менее 2d, но не менее 30 мм, а толщина - 0,2d, но не выходить за пределы 4-6 мм. Для обеспечения хороших условий сварки при выполнении горизонтальных соединений на скобах-подкладках концы стержней срезают под углом 5-10°, а при вертикальных - под углом 30-40°. При выполнении горизонтальных и вертикальных соединений сваркой без подкладок концы стержней срезают с одной или двух сторон (в зависимости от доступа к ним).

Сварку многослойными швами можно проводить на полуавтоматических установках или вручную. При этом используют шланговые полуавтоматы А-765М, А-1114М, А-547У, ПШ-5 и др. В качестве источников питания рекомендуются выпрямители ВС-500, ВС-600, преобразователи ПСГ-500 с жесткой внешней характеристикой или преобразователи ПСУ-500, ПСО-500. При полуавтоматической сварке технологические режимы выбирают в зависимости от диаметров свариваемых стержней и электродной проволоки, расположения шва в пространстве.

Для обеспечения высокого качества соединений сварку на скобах-подкладках и без них выполняют в определенном порядке. При температуре окружающей среды (воздуха) ниже О °С на участке соединения протяженностью до 500 мм стержни перед сваркой следует подогревать горелкой. Температура нагрева не должна превышать 600 °С для стали A-I, 800 "С - для сталей А-П, А-Ш, иначе произойдут структурные изменения в стали и снизится ее прочность. После сварки стык подогревают в течение 3-5 мин. При сварке на скобах-подкладках каждое из соединений выполняют следующим образом: вначале скобу прихватывают сварными точками, затем стык сваривают в нижней части зазора между торцами стержней и подкладкой, после чего швы накладывают послойно.

Ванную и ванно-шовную сварки применяют для стыкового соединения стержней и пластин диаметром (толщиной) 20-80 мм. Эти виды сварки очень экономичны, снижают трудоемкость работ, а также расход электроэнергии и электродов в 2-2,5 раза по сравнению со сваркой швами. Сущность ванной и ванно-шовной сварки заключается в создании жидкой ванны расплавленного металла между торцами стержней, уложенного на металлическую (стальную или медную) подкладку. Подкладка служит для образования шва и при расчете прочности соединения стержней диаметром до 32 мм не учитывается. При сварке основного металла диаметром (толщиной) 36-80 мм считают, что подкладка воспринимает часть усилий, действующих на стержень, т.е. рассматривают ее как накладку при стыковых соединениях.

При образовании шва тепло расплавленного присадочного металла (электродов) разогревает и расплавляет торцы стыкуемого металла и при застывании образуется сварной шов. Такие способы можно разделить на ванную, ванно-шовную и электрошлаковую сварки.

Ванная сварка выполняется на стальных цельных или составных подкладках, а также на инвентарных медных подкладках. Она может быть полуавтоматическая под флюсом, многоэлектродной и одноэлектродной.

Полуавтоматическую сварку под флюсом применяют для сварных соединений металла 20-40 мм при помощи полуавтоматов А-537, А-765 и сварочной проволоки Св-0,8 или Св-0,8А диаметром 2,0-2,5 мм. При сварке стержней из стали классов А-1-А- III применяют флюсы АН-8, АН-22, ФН-7 и пр., представляющие собой стекловидный зернистый материал с размером зерен 0,25-3,0 мм. При сварке расплавленный флюс образует оболочку, защищающую капли электродного материала и жидкий металл сварочной ванны от вредного воздействия воздуха. На подготовленных к сварке концах стержней закрепляют подкладки так, чтобы была обеспечена возможность маневрирования сварочной проволокой. Перед началом сварки в форму засыпают флюс.

После кристаллизации и охлаждения шва шлак удаляют и инвентарные подкладки разнимают.

Многоэлектродную ванную сварку производят для стыкования основного металла 20-80 мм с помощью гребенки электродов при питании их переменным током. Применение групповых электродов, объединенных пластинкой или установленных в пластинчатый электродержатель, позволяет резко сократить время получения расплавленной ванны, а следовательно, и увеличить производительность труда.

Одноэлектродную ванную сварку применяют для получения сварных соединений одиночных стержней в медных формах с малым объемом расплавленной ванны. При этом способе источником питания дуги может служить как постоянный, так и переменный ток.

Ванно-шовная сварка отличается от ванной тем, что стальная подкладка служит не только для формирования сварного шва, но, оставаясь приваренной к стержням, воспринимает часть усилий, выполняя роль накладки, и упрочняет сварное соединение. При ванно-шовной сварке кроме заварки торцов наплавляются также и фланговые швы. При этом размеры подкладок выбираются в зависимости от диаметра свариваемых стержней. Ванную и ванно-шовную сварки можно выполнять одним электродом или группой электродов (3-8). Режимы сварок зависят от диаметра свариваемой арматуры, вида подкладок, диаметра электродов.

Электрошлаковая сварка характеризуется тем, что основная часть энергии, расходуемой на нагрев и плавление металла, обеспечивается за счет тепла, выделяемого в шлаковой ванне при прохождении через нее тока. Жидкий шлак обеспечивает переход электрической энергии в тепловую, защищает расплавленный металл от воздействия на поверхности металлического расплава и в некоторых случаях легирует металл шва. Шлаковая ванна образуется расплавлением флюса, заполняющего пространство между свариваемыми деталями и медной формой. Вначале в слое флюса образуется электрическая дуга, которая расплавляет флюс, а затем ярко выраженная приэлектродная область исчезает, ток переходит с электрода в шлаковую ванну, которая и обеспечивает плавление основного и присадочного (электрода) металлов. Коэффициент использования теплового баланса электрошлаковой сварки намного выше, чем при сварке открытым электродом.

В настоящее время применяется полуавтоматическая электрошлаковая сварка основного металла 20-40 мм. Этот вид сварки по сравнению с ванно-шовной намного эффективнее, он обеспечивает высокое качество сварного шва, повышает производительность труда, снижает расходы электроэнергии и электродной проволоки. Поэтому на строительных площадках ванно-шовная сварка постепенно вытесняется электрошлаковой. Материалом для электрошлаковой сварки является электродная проволока диаметром 2-2,5 мм Св-08ГА, Св-08А и другая, подаваемая полуавтоматами А-765, ПШ-5-1, ПШ-54 с применением флюса АН-348А, ФЦ-4ипр.

При выборе технологических режимов сварки необходима определенная скорость плавки (265-55 м/ч подачи проволоки), чтобы не охладить ванну, обеспечить достаточную ее глубину, длину сухого вылета электрода (30-80 мм) и силу тока (360-500 А).

Техника электрошлаковой сварки идентична для соединения как вертикальных, так и горизонтальных стержней. На дно формы (объем ванны) засыпают флюс толщиной 20-25 мм. В первый период сварки конец электродной проволоки погружают в флюс и точечным касанием с металлом возбуждают дугу и проплавляют нижнюю часть торца стержня, сообщая электроду колебательные движения. После образования шлаковой, а потом и металлической ванны движение электрода продолжают до заполнения формы. Когда уровень жидкого шлака достигнет верхней кромки формы, процесс сварки временно прекращают и возобновляют его после усадки расплавленного металла (в момент потемнения шлака), чтобы заполнить усадочный кратер.

Для повышения производительности ручной дуговой сварки применяют сварку пучками (гребенкой) электродов или многодуговую сварку (сварку трехфазной дугой). При сварке пучком электродов дуга горит поочередно на электродах пучка, что позволяет получить большую плотность тока и увеличить глубину проплавления. Для сварки трехфазной дугой требуются специальные двойные электроды.

Суть импульсной сварки состоит в том, что во время импульса материал электрода переносится в сварочную ванну в виде брызг, при малой силе тока поддерживается расплавленная ванна. Это дает хорошее качество шва, повышает производительность процесса, в частности за счет уменьшения разбрызгиваемое™ металла. Использование при этом электронного управления силой тока импульса, продолжительностью и частотой импульсов одновременно со скоростью подачи электродной проволоки позволяет получить дугу высокого качества, обеспечивающую сварку во всех положениях. Такое оборудование получило название синергетического.

Качественно новый способ сварки высокочастотным выпрямленным током отличается универсальными внешними характеристиками с возможностью их регулировки. Его можно использовать при ручной и автоматической, электродуговой и аргонодуговой сварках. Этот способ обеспечивает стабильность процесса сварки и малое разбрызгивание, позволяет получать высокое качество сварного шва, работать в непрерывном и импульсном режимах.

Подварку допускаемых к исправлению дефектов осуществляют электродами диаметром до 4 мм после зачистки места дефекта абразивным инструментом и предварительного подогрева стыка до 200-260 °С.

ЗАЙЦЕВ Е. И., НАЗИМ Я. В., БУСЬКО М. В.

СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Часть І

Диффузия" href="/text/category/diffuziya/" rel="bookmark">диффузия металла соединяемых частей. При сварке деталей из разных металлов могут образовываться непрерывные твердые растворы (Fe-Ni; Fe-Cr; Ni-Mn и др.), металлы могут иметь неполную взаимную растворимость (Fe-Cu; Fe-Zn) или практически не растворяться друг в друге (Fe-Ag; Fe-Mg; Fe-Pb и т. д.) Следует иметь в виду, что и в последнем случае могут успешно свариваться металлы.

Все имеющееся многообразие способов сварки (более 50) по способу устранения факторов, препятствующих межатомному взаимодействию, можно разделить на две группы:

1. Сварка плавлением (в жидкой фазе)

2. Сварка давлением (в твердой фазе).

("3") При сварке плавлением металл соединяемых частей в зоне сварки расплавляется, переходит в жидкое состояние. При этом расплавляется и присадочный материал; таким образом образуется сварочная ванна из основного и присадочного металла (рис.1.1).

При этом не требуется предварительной особо тщательной очистки поверхности металла; нагрев расплавляет металл и загрязнения поверхности, всплывающие в сварочной ванне.

Затвердевающий металл зоны сварки претерпевает значительные изменения в химическом составе и структуре, приобретая характерную структуру литого. Температура нагрева значительно превышает температуру плавления свариваемого металла, что исключает значительный нагрев обеих деталей и увеличивает скорость сварки.

В зависимости от источника нагрева сварка плавлением подразделяется на пять основных видов: дуговую, газовую, термитную, электрошлаковую и электронным лучом.

При дуговой сварке нагрев и плавление осуществляется за счет тепла электрической сварочной дуги; при газовой – используется тепло сгорания газа или паров жидких горючих; при термитной – тепло, выделяемое при сгорании термитной смесью; при электрошлаковом процессе тепло для сварки образуется от прохождения тока через расплавленный слой шлака; при электронно-лучевой – нагрев и плавление металла производится теплом от бомбардировки электронами луча металла изделия, помещаемого в вакуум .

Сварка давлением может производиться без предварительного или с предварительным местным нагревом деталей (рис.1.2). При этом состав металла и его структура не изменяются. Этот вид сварки требует тщательней подготовки и зачистки соединяемых поверхностей, требует обязательного приложения осадочного давления. При этом сила осадки обратно пропорциональна температуре нагрева свариваемых элементов. В зависимости от рода источника местного нагрева различают сварку: контактную (электросопротивлением), термитную давлением, газопрессовую, индукционную (электропрессовую), трением и вакуумно-диффузную.

Каждый вид сварки подразделяется на способы, отличающиеся между собой технологическими особенностями.

1.1.2. Пайка

Этот процесс соединения металлов занимает промежуточное положение между сваркой и склеиванием. Соединение производится с помощью сравнительно легкоплавкого металла, называемого припоем, температура плавления которого ниже, чем соединяемого металла. Расплавленный припой наносится на хорошо зачищенные кромки соединяемых частей, смачивает их и после затвердевания образует соединение. Припой и соединяемые металлы весьма разнообразны, что обуславливает резкие различия в процессе пайки и характере получаемых соединений. Основная составная часть припоев - олово, медь, серебро.

В этом способе соединения существенную роль играет способность припоя хорошо смачивать основной металл, т. е. адгезия (прилипание) припоя к металлу должна превышать когезию (сцепление) частиц припоя. Основной металл не расплавляется. Здесь почти всегда применяются флюсы для очистки поверхности металла от окислов и других загрязнений и усиления адгезии жидкого припоя к твердому металлу.

Слой расплавленного припоя практически не оказывает сопротивления сдвигу. Прочность соединения возникает скачком образно при затвердевании припоя.

1.1.3.Склеивание

Это самый универсальный способ соединения твердых материалов за счет сил молекулярного сцепления. Можно склеивать дерево, металлы, пластмассы, бетон, стекло, резину и т. д., а также разнородные материалы (металл + дерево; + резина, + пластмассы и т. д.

Между соединяемыми частями клей вводится обычно в жидком виде и, реже, в виде порошка или пластинок, размягчаемых нагреванием. Клей в соединении затвердевает постепенно вследствие испарения растворителей, химических реакций или полимеризации. Склеивание почти полностью основано на адгезии, причем клей почти во всех случаях не взаимодействует с соединяемым материалом. Прочность склеивания довольно высокая, и при правильном склеивании разрушение под нагрузкой происходит или по соединяемому материалу, или по клеевой прослойке.

Преимущество способа такого соединения материалов - простота, небольшая стоимость и высокая универсальность.

("4") Недостатком является снижение прочности при нагреве, старение клеев, в сравнительно короткий срок снижающее их прочность, чувствительность некоторых из них к воздействию сырости.

1.1.4. Соединение цементами

Этот способ соединения материалов, в основном неметаллических, используется в строительной технике . Затвердевание цементов, соединяющих камни, кирпич, бетон происходит за счет химических реакций. Цементы обычно взаимодействуют с соединяемым материалом.

1.2. Развитие сварки в производстве сварных конструкций

Существующие ныне различные способы и виды сварки возникли не одновременно, некоторые из них были известны человечеству еще в далекие времена, другие стали известны совсем недавно.

Еще в бронзовый век человек научился паять и сваривать плавлением, так называемым способом промежуточного литья. Образцы соединенных таким образом изделий из золота, серебра и бронзы имеют возраст лет.

С появлением железа стала быстро развиваться сварка в твердой фазе, или сварка давлением, в виде так называемой кузнечной или горновой сварки. Изделия, сваренные таким образом, имеют возраст до 3500 лет.

Крупный скачок в развитии сварки связан с появлением новых источников тепла для нагрева металла: электрический ток, газокислородное пламя, термитная реакция. Первым был применен электрический нагрев.

Электрический ток для нагрева металла при сварке может быть использован различным способом. По масштабам применения и промышленному значению электродуговая сварка является наиболее важным видом сварки, в создании и совершенствовании которого видная роль принадлежит ученым и инженерам нашей страны.

Основоположниками открытия сварочной дуги и применения ее для сварки являются русские ученые и инженеры, и.

Впервые открытая в 1802г. проф. электрическая дуга долгое время не могла быть примененной на практике из-за отсутствия необходимых источников тока. Только в 1849г. дуга Петрова зажглась на башне Адмиралтейства, осветив Петербургские улицы.

Талантливый изобретатель, является родоначальником всех существующих способов дуговой сварки, а также электрической контактной сварки. В 1882г. он впервые в мире использовал дуговой разряд для соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока, т. е. дуговой сварки и резки металлов (дуга между изделием и угольным электродом, питание от специально построенной аккумуляторной батареи). является автором всех основных видов электродуговой сварки, наиболее широко распространенной сейчас, и многих других (~100) изобретений в различных областях техники: сварка металлическим электродом, в т. ч. и с применением флюса; сварка косвенно действующей дугой, горящей между двумя или несколькими электродами; магнитное управление дугой; сварка в струе газа; электрическая контактная точечная и стыковая сварка.

были изобретены автоматы для сварки угольным электродом и металлическим. Дальнейшее совершенствование дуговой сварки связано с именем крупного русского инженера, который в 1888г. предложил способ сварки металлическим электродом, впервые спроектировал и построил специальные сварочные генераторы. Его работы положили начало развитию теории сварочных процессов, в частности, металлургических основ электродуговой сварки.

Отсталость царской России не позволила реализовать возможности, открытые изобретениями и.

Только после Великой Октябрьской социалистической революции электродуговая сварка нашла широкое промышленное применение. Новый этап в истории сварки начинается с 1929г., когда было принято постановление Совета Труда и Обороны о развитии сварочной техники. Это постановление позволило создать материально-техническую базу для разработки и внедрения передовых методов сварки в СССР, начать подготовку кадров специалистов по сварке.

В строительных конструкциях сварку в СССР впервые широко начали применять на новостройках страны (Магнитогорский и Кузнецкий металлургический комбинаты, з-д «Азовсталь» и др.) в гг. Сварные конструкции изготовляли из малоуглеродистых сталей с применением электродов со стабилизирующими покрытиями. Применение сварки давало экономию 10-20%. Для сварки арматуры применяли главным образом контактную сварку..doc/img7.gif" alt="1" width="100" height="24 src=">), покрытия которых выполнены на рудах кислого типа.

В конце тридцатых годов произошел коренной поворот в развитии сварки. Благодаря выдающейся деятельности академика и Института электросварки (ИЭС) АН УССР была разработана автоматическая сварка под флюсом в ее современном виде. С 1940г. в СССР этот способ сварки получил промышленное применение и благодаря высоким технико-экономическим показателям стал основным из механизированных способов сварки (ИЭС разработал технологию изготовления рулонных заготовок резервуаров). В совершенствовании и внедрении этого метода большая заслуга принадлежит также ЦНИИТМаш, ВНИИЭСО, кафедрам сварки УПИ, ЛПИ, МВТУ им. Баумана и передовым заводам страны; зарубежным фирмам США, Англии и т. д.

Разработка электрошлаковой сварки (ИЭС им. Патона) значительно изменила технологический процесс изготовления конструкций из металла больших толщин.

("5") В конце сороковых годов промышленное применение получил метод сварки в среде защитных газов, а в начале 50-х годов - в углекислом газе на основе работ НИАТ, ЦНИИТМаш, ИЭС и др. Кроме того, совершенствовались и другие способы и методы сварки.

Развитие атомной энергетики и ракетостроения потребовало применения в сварных конструкциях новых марок специальных сталей и сплавов. Появились и внедряются новые методы сварки: электроннолучевая, ультразвуковая, диффузионная в вакууме, в контролируемой атмосфере, сварка трением, токами высокой частоты и др. Интенсивное развитие получили прогрессивные способы резки металлов: кислородный, газоэлектрический, газофлюсовый, плазменный и др.

Для этого периода характерным является разработка и внедрение в промышленность механизированных и автоматических поточных линий и участков по изготовлению сварных конструкций.

Выпуск сварочного оборудования в 1962г. по сравнению с 1958г. возрос более чем в 3 раза и превзошел темпы роста США и ФРГ. В 1963г. уровень механизации сварочных работ в строительстве достиг 22%, а в строительной индустрии - 62,4%. К концу 1970г. уровень механизации сварочных работ в строительстве был доведен до 40%.

В 1960г. на Днепропетровском ЗМК им. Бабушкина введена в эксплуатацию поточная линия двутавровых балок, а также участок сборки и сварки газгольдеров постоянного объема.

1.3 Характеристика основных способов сварки

1.3.1. Сварка давлением

Сварка давлением включает следующие способы: холодная сварка, ультразвуковая сварка, кузнечно-горновая, газопрессовая (с последовательным нагревом или с одновременным нагревом), электрическая контактная сварка (стыковая, точечная, шовная), индукционная сварка (при наличии газовой атмосферы или диффузионная в вакууме), термитная давлением и др.

а) Холодная сварка . Две тщательно очищенные у стыка пластины обжимают шайбами, исключающими выпучивание при деформации (дет.1), затем вдавливают пуансоны из твердого металла. При этом металл пластин сильно деформируется и течет вблизи поверхностей раздела. Ювенильные поверхности войдут в соприкосновение и между ними возникнут межатомные силы сцепления. При таком способе степень деформации зависит от свойств металла, свойств пленок окислов и схемы деформирования, а также глубины вдавливания пуансонов. Этот способ применим для пластичных металлов (Al, Cu, Ag, Ni) при соединениях внахлестку и встык (рис. 1.3)

б) Ультразвуковая сварка . Разрушение поверхностных окисных пленок и проявление межатомных сил сцепления может произойти при местной деформации поверхностей в месте контакта при введении в металл ультразвуковых колебаний (рис.1.4).

Генератор 1, дающий частоту 8-15 кГц, и пуансон 2 приводят к разрушению окислов, некоторому местному повышению Т (~350°С) и свариванию. Таким способом сваривают при точечной и шовной контактной сварке тонкие листы (0,05-0,6мм) или тонкие с толстыми.

в) Кузнечно-горновая сварка . Это самый древний способ, имеющий сейчас ограниченное применение. После разогрева в горне металла до температуры сварочного жара (°) осуществляют сварочную операцию ручной или механизированной проковкой. Очистка окислов производится механическим способом и флюсованием (для оставшихся) – бура Na2B4O7, поваренная соль NaCl, речной песок SiO2.

г) Газопрессовая сварка . Принцип газопрессовой сварки аналогичен кузнечно-горновой с использованием для нагрева пламени газообразных горючих. Осуществляется как с последовательным нагревом от участка к участку с соответствующей их проковкой или статическим сдавливанием (чаще продольные швы, газовое пламя Т=1800°С) так и с одновременным нагревом сечения свариваемых элементов и их последующим одновременным сдавливанием (кольцевые швы, ацетилено-кислородное пламя, Т =3000°С).

д) Электрическая контактная сварка . Этот способ сварки один из самых важных и используется преимущественно в массовом иди серийном производстве однотипных изделий. Этот способ основан на разогреве металла проходящим по нему током. Количество выделяемого в металле тепла определяется законом Джоуля-Ленца:

Q=0,24·I·U·t=0,24·I2·R·t,

где Q – кол-во тепла, кал; I – сила тока, А; U – напряжение, B;
R – сопротивление, Ом; t – время, сек.

("6") В последовательной цепи на участке большего сопротивления (место контакта деталей) выделяется и большее количество тепла. Выбором соответствующей мощности для различных деталей можно обеспечить их быстрый нагрев (0,003÷10 сек.) и сварку последующим обжатием. При этом, ввиду большой электропроводности и малого удельного сопротивления металлов необходимо пользоваться большими токами – до нескольких тыс., даже десятков тыс., ампер при очень малом напряжении (U = I·R, U ≈ 2-6 вольт). Обычно используют переменный ток с применением силовых понижающих трансформаторов с регулятором.

Контактная сварка подразделяется на несколько видов, причем электрическая часть машины во всех случаях примерно одинакова. Основные способы: стыковая, точечная и шовная контактная сварка, а также рельефная.

Стыковая сварка осуществляется по двум схемам: сварка сопротивлением и сварка оплавлением. При сварке сопротивлением свариваемые детали 1 соосно зажимают в неподвижном (2) и подвижном (3) устройствах машины. Под некоторым давлением они приводятся в контакт друг с другом и включением трансформатора (4) через контактор (прерыватель) 5 обеспечивается замыкание цепи. После нагрева до температуры сварки (сварочного жара) давление увеличивается до осадочного - происходит пластическое деформирование нагретого металла для осуществления сварки (рис.1.5).

При сварке оплавлением напряжение на детали подается, когда между ними зазор. При медленном сближении элементов 1 появляется контакт между отдельными точками торцов, приводящий к оплавлению всей поверхности. В нужный момент контактором 5 выключают ток и нагретые поверхности сдавливают. При этом выдавливается расплавленный металл, и твердые (в пластическом состоянии) нагретые объемы металла свариваются. Таким способом сваривают стержни, трубы, полосы, рельсы, звенья цепей и т. д.

Точечная сварка . Применяется для соединения деталей внахлестку t ≤ 5-6мм. Детали зажимают между двумя электродами с выпуклой поверхностью до контакта, включают контактором трансформатор; металл разогревается выделенным теплом, образуя ядро литого металла. Ток выключают, увеличивают сдавливание, после затвердевания жидкого металла происходит сваривание в районе литой точки (рис. 1.6).

Шовная сварка. В принципе осуществляется так же как точечная, обеспечивая плотно-прочные герметические швы. Это достигается последовательной постановкой ряда точек с частичным перекрытием последующей точкой предыдущей. Электроды выполнены в виде роликов, которые при вращении протаскивают свариваемые элементы между собой, а периодическое включение тока приводит к последовательной сварке точек.

е) Индукционная сварка . В этом случае металл до сварочной температуры нагревается токами высокой частоты с помощью специального индуктора, имеющего форму, соответствующую форме нагреваемой детали. С помощью индукционного нагрева металл нагревают до расплавления и осуществляют плавлением, но практически требуется приложить осадочное давление, когда достигнута температура сварочного жара (рис.1.7).

ж) Диффузионная сварка в вакууме . Применяется для сварки химически активных металлов. Для защиты от воздействия O2; N2 воздуха применяют вакуумные камеры с вакуумом мм рт. ст. После достижения такого вакуума осуществляют индукционный нагрев и дают осадочное давление.

з) Термитная сварка . Термитами называют порошкообразные или зернистые смеси, состоящие из металла с большой теплотой образования окисла (Al, Mg) и окисла металла с меньшей теплотой образования (Fe, Cu - окислы). Наиболее известный термит – Al и железная окалина Fe3O4.

При сгорании смесь дает восстановленное железо и окись алюминия , нагреваясь до Т =3000°С, с выделением большого количества тепла.

3Fe3O4+8Al=4Al2O3+9Fe+Q.

1кг смеси дает при сгорании 750 ккал тепла. Изделие, которое нужно сварить, заформовывают и нагревают до начала красного каления с одновременной прокалкой формы. Термитную смесь сжигают в тигле, и после отстойки расплав разделяется на два слоя: нижний - жидкое железо, верхний - жидкий шлак, в основном из Al2O3. Этим расплавом заливают заформованное изделие, расплавляя кромки изделий, сплавляя их с металлом из тигля (сварка плавлением) или же только разогревая их кромки до сварочного жара и производит сварку путем сдавливания разогретых частей (сварка давлением). В тигель иногда добавляют присадки: например, ферромарганец. Таким способом сваривают рельсы, стальные трубы, чугунные детали.

1.3.2. Сварка плавлением

Включает следующие способы: газовая сварка, дуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая и др.

1) Газовая сварка плавлением . При этом способе источником тепла является высокотемпературное пламя горючих газов, из которых наибольшую температуру дает (свыше 3000°С) ацетилено-кислородное пламя (рис. 1.8, а).

При местном нагреве сосредоточенным пламенем кромки двух деталей могут быть расплавлены, образуя ванну. При движении пламени вдоль стыка металл под ним будет расплавляться, а позади пламени (вследствие охлаждения) затвердевать, образуя сварной шов между деталями. При соответствующем режиме можно получить необходимое проплавление металла и рабочее сечение шва. Для обеспечения равнопрочности соединения требуется сквозное проплавление металла, поэтому при большой толщине листов кромки обрабатывают под сварку, а объем разделки заполняют расплавленным присадочным материалом в виде прутка, подаваемого при сварке в пламя и расплавляющегося вместе с основным металлом.

2) Электрическая дуговая сварка . При дуговой сварке нагрев металла осуществляется сварочной дугой. При устойчивом длительном протекании тока через ионизированный газовый промежуток между двумя электродами, подсоединенными к источнику питания, выделяется тепловая и световая энергия (рис.1.8.б).

("7") Температура, развиваемая дугой очень высока (°С) и значительно превышает температуру плавления различных конструкционных материалов. Дуговой разряд для сварки металлов применяют при различных формах его использования.

Сварка независимой дугой . Осуществляется нагревом металла дугой, горящей между 2-мя или 3-мя неплавящимися электродами, подключенным к разным полюсам источника. Изделие в электрическую цепь не включено, и дуга горит независимо от свариваемого изделия. Нагретые газы столба дуги контактируют с поверхностью металла, нагревают и расплавляют его. Дуга воздействует на изделие аналогично газосварочному пламени, а сама операция сварки производится так же. Сварку ведут как без присадок, так и с добавлением присадки, подаваемой в дугу в виде прутка (рис. 1.9).

Сварка неплавящимся электродом выполняется, когда свариваемое изделие включено в цепь дуги и является одним из его полюсов, а вторым полюсом является неплавящийся (угольный, графитовый или вольфрамовый) электрод. За счет тепла дуги изделие, а также присадочный металл, расплавляются. Эффективность сварки таким способом значительно выше предыдущего способа. Способ имеет довольно широкое применение.