Пояснительная записка (1212687), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Порошковые проволоки широко используются для сварки металлоконструкций из углеродистых и легированных сталей. В ремонтном производстве данный способ применяется для наплавки деталей, заварке раковин и других дефектов в чугунных отливках. Наиболее рационально применять порошковую проволоку для полуавтоматической сварки монтажных соединений стальных конструкций в строительстве, судостроении и других отраслях, где полуавтоматическую сварку в углекислом газе трудно выполнять при наличии ветра.
2.4 Электрошлаковая сварка
2.4.1 Сущность способа
При электрошлаковой сварке основной и электродный металл расплавляется теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через шлаковую ванну. Процесс электрошлаковой сварки начинается с образования шлаковой ванны в пространстве между кромками основного металла и формирующими устройствами (ползунами), охлаждаемые водой, подаваемой по трубам, путем расплавления флюса электрической дугой, возбуждаемой между сварочной проволокой и вводной планкой (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4 – Схема электрошлаковой сварки: 1 – электрод, 2 – свариваемая деталь, 3 – шлаковая ванна, 4 – расплавленный металл, 5 – кристаллизатор, 6 – охлаждение кристаллизатора, 7 – сварной шов
Электрод 1 и основной металл 2 связаны электрически через расплавленный шлак 3 (шлаковая ванна). Выделяющаяся в шлаковой ванне теплота нагревает его выше температуры плавления основного и электродного металлов. В результате металл электрода и кромки основного металла оплавляются и ввиду большей плотности металла, чем шлака, стекают на дно расплава, образуя ванну расплавленного металла 4 (металлическую ванну). Электродный металл в виде отдельных капель, проходя через жидкий шлак, взаимодействует с ним, изменяя при этом свой состав. Шлаковая ванна, находясь над поверхностью расплавленного металла, препятствует его взаимодействию с воздухом.
При правильно подобранной скорости подачи электрода зазор между торцом электрода и поверхностью металлической ванны остается постоянным. Свариваемый металл, шлаковая и металлическая ванны удерживаются от вытекания обычно специальными формирующими устройствами подвижными или неподвижными медными ползунами 5, охлаждаемыми водой 6.
Верхняя кромка ползуна располагается несколько выше зеркала шлаковой ванны. Кристаллизующийся в нижней части металлической ванны расплавленный металл образует шов 7.
2.4.2 Сварочные материалы
Сварочные флюсы. К флюсам для электрошлаковой сварки предъявляются следующие требования:
- обеспечивать быстрое и легкое установление электрошлакового процесса и его устойчивость при значительных колебаниях глубины и ширины шлаковой ванны и в широком диапазоне напряжений и сварочных токов;
- обеспечивать достаточное проплавление кромок основного металла и удовлетворительное формирование поверхности шва без образования подрезов и наплывов;
- флюс не должен вытекать в зазоры между кромками и формирующими шов устройствами при обычной для производственных условий точности сборки, а также не должен отжимать ползуны от свариваемых кромок;
- образовывать шлак, легко удаляющийся с поверхности шва;
- способствовать предотвращению пор и горячих трещин и предупреждать образование неметаллических включений в металле шва;
- обеспечивать требуемые санитарно-гигиенические условия труда при его изготовлении и применении;
- быть технологичным при изготовлении в обычном флюсовом производстве и не содержать остродефицитных и дорогостоящих материалов.
Технологические свойства флюса для электрошлаковой сварки во многом определяются характером изменения электропроводимости и вязкости шлака в зависимости от температуры.
Для устойчивого протекания электрошлакового процесса электропроводимость шлака должна находиться в определенном интервале. При очень высокой электропроводимости шлака возбуждается дуга между ним и электродом, при низкой – электрошлаковый процесс может погаснуть. От величины электропроводимости шлака в большой мере зависит также количество теплоты, выделяющейся в зоне сварки, а значит и величина проплавления кромок.
Вязкость шлака для обычного процесса электрошлаковой сварки с применением устройств для формирования шва должна находиться в определенных границах. Если шлак будет чрезмерно жидкотекучим, он будет вытекать в зазоры, например, между ползунами и кромками, что может привести к вытеканию ванны и нарушению процесса сварки. Чрезмерно вязкий и тугоплавкий шлак способствует отжиманию ползунов от кромок, а также образованию у кромок шва подрезов.
Электродный металл. При электрошлаковой сварке и наплавке в качестве электродного металла применяют проволоку, пластины, плавящиеся мундштуки, трубы и ленты. Как правило, используют проволоку сплошного сечения диаметром 3 мм, но можно применять проволоку и других диаметров (1-2 мм или 5-6 мм). Химический состав электродного металла выбирают в соответствии с основным металлом и требованиями к техническим характеристикам металла шва.
Для сварки углеродистых конструкционных сталей применяют электродные проволоки Св-08ГА, Св-10Г2, Св-08ГС по ГОСТ 2246-70. Перечисленные и большинство других электродных проволок содержат углерода значительно меньше, чем основной металл. Поэтому требуемые прочностные свойства металла шва достигаются легированием его марганцем, кремнием, хромом или другими элементами, имеющимися в проволоке.
Такое легирование легко осуществимо и широко применяется при электрошлаковой сварке конструкционных сталей с содержанием до 0,30-0,35 %.
2.4.3 Достоинства способа
В качестве достоинств способа выступают:
- высокое качество металла шва, так как шлаковая ванна способствует очищению металла от посторонних включений с удалением из него газов. Это происходит благодаря значительным температурам верхнего слоя металлической ванны, расположению ее по вертикали и продолжительному времени пребывания металлов в расплавленном виде;
- возможность сварки толстостенных деталей (толщина свариваемого металла составляет 50-2000 мм) за один проход. При этом сварку выполняют без снятия фасок на кромках;
- возможность сварки цветных металлов и легированных сталей;
- для сварки можно использовать один или несколько проволочных электродов, ленту, пруток и т.д.;
- высокая производительность и экономичность процесса;
- при электрошлаковой сварке возможно дополнительное легирование в целях повышения свойств металла шва.
2.4.4 Недостатки способа
Образование крупного зерна в шве и околошовной зоне вследствие замедленного нагрева и охлаждения. После сварки необходима термическая обработка (отжиг или нормализация) для измельчения зерна в металле сварного соединения.
Электрошлаковая сварка технически возможна при толщине металла более 16 мм.
Способ позволяет сваривать только вертикальные швы.
2.4.5 Область применения
Электрошлаковую сварку широко применяют в тяжелом машиностроении для изготовления ковано-сварных и лито-сварных конструкций, таких, как станины и детали мощных прессов и станков, коленчатых валов судовых дизелей, роторов и валов гидротурбин, котлов высокого давления и т.д.
2.5. Плазменная технология (сварка, резка, напыление, упрочнение)
2.5.1 Сущность способа
Плазменная технология представляет собой процесс, при котором совершается локальное расплавление металла с помощью плазменного потока. Плазмой называют ионизированный газ, содержащий заряженные частицы, которые могут проводить ток. Схема плазменного процесса приведена на рисунок 2.5.
Плазменной дугой называют более концентрированный источник нагрева, который без разделки кромок позволяет сваривать большие толстые металлы. Газ ионизируется при нагреве высокоскоростной сжатой дугой, которая вытекает из плазмотрона. Температура дуги может достигать 5000-30000 °С.
Для превращения обычной дуги в плазменную, для повышения мощности и температуры обычной дуги принято использовать два процесса: сжатие и процедуру принудительного вдувания в дугу плазмообразующего газа.
Рисунок 2.5 – Схема плазменного процесса
Сжатие дуги осуществляют за счет расположения ее в специальном плазмотроне, стенки которого охлаждаются водой. Поперечное сжатие дуги снижается и в итоге возрастает ее мощность – энергия, приходящаяся на единицу площади. Плазменная технология включает сварку, резку, напыление и упрочнение. Благодаря высокому уровню ионизации газа в специальном плазмотроне и использованию вольфрамовых электродов, которые имеют диаметр 1-2 мм, плазменная дуга способна гореть при чрезмерно малом токе, начиная с показателя 0,1 Ампер.
Для обработки тонкостенных изделий применяется микроплазменная сварка и резка. Микроплазменная сварка – весьма эффективный способ сплавления изделий, которые имеют малую толщину – до 1,5 мм. Диаметр плазменной дуги достигает 2 мм, что позволяет теплоту сконцентрировать на ограниченном участке изделий и нагревать области сварки без повреждения соседнего участка. Подобная дуга позволяет избежать прожогов, которые характерны для обыкновенной аргонодуговой сварки тонких металлов.
2.5.2 Сварочные материалы
Основным газом, который используется в качестве защитного и плазмообразующего, выступает аргон. В зависимости от свариваемого металла добавляются к нему различные добавки, которые увеличивают эффективность процедуры плазменной сварки металла. При сварке стали целесообразна добавка к защитному аргону 8-10 % водорода для увеличения тепловой эффективности плазменной дуги. При сварке низкоуглеродистой стали к аргону можно добавлять углекислый газ, при сварке титана – гелий. При плазменной резки используется воздух.
Материалом электрода является вольфрам, активированный торием, иттрием и лантаном, гафнием или другими примесями, повышающими эмиссионные свойства и стойкость электрода. Вольфрамовые катоды изготавливают в виде стержней диаметром 3-6 и длиной 50-150 мм или коротких цилиндрических вставок диаметром 2-3 мм, запрессованных в медные втулки.
2.5.3 Достоинства способа
В качестве достоинств плазменной технологии выступают:
- возможность сварки легированных сталей и цветных металлов;
- высокая производительность (Скорость резки металла, который имеет толщину 50-200 мм, выше в 2-3 раза, чем при проведении газовой сварки);
- меньшая зона термического влияния (по сравнению с дуговой);
- более низкие деформации при сварке;
- более высокая стабильность горения дуги.
2.5.4 Недостатки способа
В качестве недостатков плазменной технологии выступают:
- плазменная сварка имеет более низкий КПД по сравнению с дуговой сваркой;
- более сложное и дорогое оборудование;
- недолговечность горелок.
2.5.5 Область применения
В качестве областей применения плазменной технологии выступают:
- при сварке тонколистового материала толщиной менее 1 мм, включая тугоплавкие металлы;
- при сварке металлов с неметаллами;
- для наплавки и нанесения покрытий путем расплавления электронной или дополнительно подаваемой в дугу присадочной проволоки;
- для пайки, разделительной резки и поверхностной обработки различных металлов;
- микроплазменную сварку успешно применяют при производстве тонкостенной емкости или трубы, приварке сильфонов и мембран к габаритным деталям, изготовлении ювелирных изделий и соединении фольги.
2.6 Газовая сварка
2.6.1 Сущность способа
Газовой называется сварка плавлением, при которой происходит нагрев кромок соединяемых частей и присадочного материала за счет теплоты сгорания горючих газов в кислороде (рисунок 2.6).
Рисунок 2.6 – Схема процесса газовой сварки
Горючий газ из баллона или специального газового генератора поступает в сварочную горелку. Из баллона в горелку поступает кислород. В горелке они смешиваются в определенном соотношении и на выходе из сопла поджигаются.
Пламя расплавляет кромки свариваемого изделия, присадочный пруток, а также выполняет функции защиты расплавленного металла от атмосферы. Регулировка расхода кислорода и горючего газа осуществляется соответствующими вентилями.
2.6.2 Сварочные материалы
В качестве горючих газов используют ацетилен, водород, природные газы, нефтяной газ, пары бензина, керосина и др. Наиболее высокую температуру по сравнению с пламенем других газов имеет ацетиленокислородное пламя, поэтому оно нашло наибольшее применение.
Кислород, используемый для сварочных работ, получают из воздуха методом глубокого охлаждения и поставляют к месту потребления в стальных баллонах голубого цвета с черной надписью "Кислород". Водяная емкость баллона 40 литров и при давлении 15 МПа он вмещает 6 м3 газообразного кислорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
