понеділок, 26 лютого 2024 р.

01.03.2024р. Попереднє і супутнє підігрівання під час зварювання деталей з додержанням заданого режиму

Тема: «Попереднє і супутнє підігрівання під час зварювання деталей з додержанням заданого режиму»


Теоретичні відомості

Особливості кольорових металів

У своєму природному вигляді відомі типи кольорових металів на практиці зустрічаються досить рідко. У виробничих потребах найчастіше використовуються різні сплави, що представляють собою складні поєднання і комбінації. Вони дають можливість отримати речовину з певними хімічними властивостями. Найбільше застосування у виробництві і промисловості знайшли сполуки міді і алюмінію з іншими видами кольорових металів (кремнієм, магнієм, цинком, свинцем і їм подібним). До цих сплавів можна зарахувати:

•  латунь;

• бронзу, що представляє собою класичний сплав міді та олова в пропорції 85 до 15-ти;

• сплави алюмінію (силумін, дюралюміній, авіаль).

Однією з характерних особливостей більшості кольорових металів є їх висока хімічна активність, спорідненість до газів повітря і схильність до окислення, що призводить до різкого погіршення властивостей зварних з'єднань, викликає пори і тріщини. Тому при зварюванні кольорових металів необхідна більш якісний захист (інертний газ, вакуум, спеціальні флюси) в порівнянні з зварюванням чорних металів і більш якісна підготовка під зварювання.

Другою характерною особливістю кольорових металів є їх висока чутливість до зварювального нагрівання, яка проявляється в освіті крупнокристаллической структури шва, зростанні зерна в околошовной зоні, а для термічно зміцнюючих сплавів в несприятливих структурних змінах з утворенням охрупчиваются виділень і подальшому старінні металу, що призводить до суттєвої зміни властивостей в порівнянні з основним металом.

Відповідно до того, з яким конкретним металом доводиться мати справу, і вибираються умови або режими зварювання.

Особливості зварювання міді

Властивості та особливості зварювання міді:

- здатність сильно окислюватись (застосовують спеціальні флюси, які захищають метал від окислення, розчиняючи оксиди, переводячи їх у шлак);

- висока теплопровідність, що  у 6-7 разів вища, ніж у сталі (застосовують більш потужне джерело енергії);

- здатність до поглинання газів розплавленим металом (застосовують присаджувальні матеріали ,які містять розкислювачі);

підвищений коефіцієнт лінійного розширення ( застосовують попередній, супровідний підігрів);

- велика зона термічного впливу (збільшують швидкість зварювання);

- здатність утворювати оксидні шари після зварювання (проковують шви у гарячому стані).

Рекомендації по техніці зварювання міді та її сплавів

Перед початком зварювання, а також у процесі його метал товщиною більше 5 мм піддають попередньому підігріву: мідь – 250…300°С, латунь – 300 … 350°С і бронзу – 500…600°С. Крім усунення дефектів (підрізів, напливів, пор) попередній та супутній нагрів основного металу покращує умови кристалізації зварного шву, сприяє зневодненню металу шва, знижує внутрішні напруження та усуває схильність металу шва до утворення тріщин.

Зварювальний дріт перед вживанням піддають очищенню травленням, для цього застосовують водний розчин азотної кислоти (75 3 см /л) або суміш сірчаної та соляної кислоти у співвідношенні 100:1 з наступним промиванням у воді, потім у лузі, після чого знову в чистій проточній воді. Після промивання дріт сушать гарячим повітрям. Мідні електроди перед зварюванням прожарюють, що знижує ймовірність появлення водневої хвороби. У відношенні стійкості проти виникнення пор рекомендовані односторонні стикові шви з наскрізним проплавленням крайок.

Високий коефіцієнт лінійного розширення міді і її сплавів вимагає прийняття додаткових заходів проти деформації конструкцій.

 Підвищена рідкотекучість металу ускладнює зварювання міді у вертикальному і особливо в стельовому положенні. Зустрічаються труднощі також при зварюванні кільцевих швів. Для однопрохідних стикових швів потрібне застосовування підкладок, які щільно прилягають до зварюваного металу: мідних, графітових, азбестових, флюсових подушок.

Газове зварювання

Для зварювання міді та бронзи використовують нормальне полум’я пальника (рис. 13). Газове зварювання переважно виконується ацетилено-кисневим полум'ям. Замінники ацетилену доцільно використовувати при зварюванні міді та її сплавів малих товщин. Для металу малих товщин (до 3 - 4 мм ) потужність полум'я вибирається з розрахунку 150 - 175л/год ацетилену на 1 мм товщини, а при товщині 8 - 10мм потужність полум'я збільшується до 175 - 225л/год на 1 мм товщини. Розкислення металу зварювальної ванни відбувається за рахунок флюсів або введенням розкислювачів в присаджувальний дріт. Флюси складаються зі з’єднань бору (борна кислота, борний ангідрид, бура), які розчиняють закис міді і виводять його в шлак.

Зварювання кольорових металів - Кузня

Рис. 13. Газове зварювання міді

Автоматичне зварювання під флюсом

Автоматичне та напівавтоматичне зварювання міді  (рис. 14) під флюсом виконують неплавкими (вугільними) і плавкими електродами (суцільними й порошковими дротами). Використовують плавкі флюси марок АН-20, АН-348А, ОСЦ-45 або керамічний флюс ЖМ-1. Зварюють на постійному струмі зворотної полярності. Керамічний флюс ЖМ-1 дає можливість використовувати змінний струм. Для зварювання використовують дріт марок Ml, M2, МЗ, а в окремих випадках –  дріт марки Бр.КМц 3-1 діаметром 1,6-5 мм.

Сварка меди полуавтоматом

Рис.14. Зварювання міді напівавтоматом

Зварювання міді в середовищі захисних газів

Зварювання міді в захисних газах поділяють на аргонодугове й азотнодугове плавким та неплавким електродами.

Аргонодугове зварювання міді плавким дротом виконують на постійному струмі зворотної полярності короткою дугою із використанням електродного матеріалу марок М1, Бр.КМц3-1, Бр.ОЦ4-3, Бр.Х08. При товщині деталі понад 6 мм необхідний по­передній підігрів до температури 300-400°С, при товщині металу більше 16 мм – крім того ще й супровідний підігрів.

Широко використовується напівавтоматичне зварювання міді плавким дротом у середовищі азоту з використанням звичай­них зварювальних напівавтоматів. При цьому збільшуються розмір вихідного отвору наконечника пальника і кількість захисного газу. Зварюють на постійному струмі зворотної полярності від джерела живлення дуги з жорсткою зовнішньою характеристикою без попереднього підігріву.

Зварювання міді неплавким (вольфрамовим) електродом у се­редовищі аргону виконують на постійному струмі прямої поляр­ності. В якості присаджувального матеріалу застосовують дріт (прутки) з міді марок Ml, M2, М3 або бронзи марок Бр.Х08 і Бр.КМц3-1. Для видалення оксидів використовують флюс (борний шлак та ін.), який наносять на кромки зварюваних деталей і в ка­навку під шов або на присаджувальний дріт. Для нормального фор­мування шва й зменшення відводу теплоти зварювання виконують на графітових або азбестових підкладках із канавками.

Дугу запалюють на графітовій або вугільній пластині й після нагрівання електрода переносять на зварювану деталь. Зварюють із максимальною швидкістю в один прохід.

Для зварювання міді товщиною 4-5 мм використовують електрод діаметром 3,5-4 мм, присаджувальний дріт діаметром 4-5 мм, силу зварювального струму — 300-400 А, витрати аргону – 8-10 л/год. Необхідність попереднього та супровідного нагріву зберігається.

Ручне дугове зварювання міді вугільним або графітовим електродами

Однобічне зварювання міді товщиною до 4 мм виконують без розчищання кромок, а при більшій товщині – з розчищанням кро­мок під кутом 70-90°. При двобічному зварюванні товщина зварю­ваних деталей без розчищання може бути збільшена до 6 мм. Щоб уникнути витікання зварної ванни при складанні стикових з'єднань установлюють графітові або азбестові підкладки. В якості присаджу­вального металу застосовують прямокутні або круглі мідні трубки марок Ml, M2, М3 або мідь з підвищеним вмістом фосфору (до 0,2%), який є активним розкислювачем міді. Переріз прутка вибирають у межах 20-25 мм2, бо менший переріз призводить до погіршення якості металу шва.

Щоб зменшити окиснення міді і забезпечити переведення ок­сидів у шлак, необхідно використовувати флюси. Флюс насипають на зварюваний метал перед зварюванням, а також уво­дять нагрітим кінцем прутка у зварну ванну під час зварювання.

Перед початком зварювання виріб підігрівають до температури 400-500°С у спеціальних печах, вугільною дугою або газовим паль­ником.

Дуже важливо, щоб зварюваний метал добре змочувався рідким металом. Якщо крапля розплавленого металу, потрапляючи на по верхню зварюваного металу набирає кулястоподібної форми, а не розтікається, то зварювання виконувати не можна. Погане змочу­вання й розтікання вказує на погане зчеплення між частинами рідкого та твердого металу Причиною цього може бути забруднен­ня поверхні основного металу або його низька температура. Тому зварюваний метал очищають і прогрівають дугою, а при необхід­ності виконують попередній або супровідний підігрів.

Ручне зварювання міді плавким електродом

Зварювання міді покритими електродами використовують при товщині металу понад 2 мм.

Зварювальний струм підбирають із розра­хунку 50-60 А на 1 мм діаметра електрода. При товщині деталей до 16 мм необхідний підігрів до 300-400°С, а при більшій товщині застосовують супровідний підігрів. Зварюють короткою дугою без коливальних рухів кінцем електрода. Після зварювання виконують проковування і швидке охолодження у воді. 

Зварювання виконується на постійному струмі зворотної полярності. Деталі завтовшки понад 10-12 мм зварюють у 3-6 шарів струмом 500 А електродами діаметром 6-8 мм.

Зварювання плавким електродом застосовується рідше, ніж неплавким (хоча продуктивність в 2-3 рази вище), так як використовуючи плавкий електрод, важко забезпечити стабільність процесу та одержати безпористі шви.

Плазмове та електрошлакове зварювання міді

При плазмовому зварюванні міді використовують зварювальні плазмотрони прямої дії і спеціальні джерела живлення.

Електрошлакове зварювання успішно застосовується для міді великих товщин. Для зварювання міді найбільш прийнятний електрод великого перерізу. Для ЕШЗ міді застосовують легкоплавкі флюси на фторидній основі (АНМ-10), які забезпечують стійкий процес, підігрів і плавлення крайок на необхідну глибину, хороше формування швів і легке видалення шлакової кірки з їх поверхні.

Зварювання алюмінію

Властивості та особливості зварювання алюмінію:

- утворення на поверхні тугоплавкої оксидної плівки (використовують присаджувальний дріт і спеціальні флюси, які сприяють переводу плівки в шлакові включення та розчиненню їх у рідкій ванні);

- висока температура плавлення оксиду алюмінію (поверхні деталей зачищають і знежирюють);

- високий коефіцієнт лінійного розширення (в 2 рази більший ніж у сталях) (строге фіксування деталей, проведення термообробки після зварювання);

- висока теплопровідність і низька температура плавлення (спеціальні технологічні прийоми і режими, попередній підігрів у масивних деталях);

- при нагріванні алюміній не змінює кольору (необхідний досвід і навички зварника).

Зварювання алюмінію неплавким електродом

Зварювання алюмінію неплавким електродом відбувається в середовищі аргону при застосуванні електроду з вольфраму діаметром від 1,6 до 5 мм і присаджувального дроту товщиною від 1,6 до 4 мм. Виконується воно за допомогою обладнання, що має високочастотне запалювання дуги і створює змінний струм.

Зварка алюмінію аргоном

Рис. 15. Аргоно-дугове зварювання алюмінію вольфрамовим електродом

Стандартний набір для проведення аргонового зварювання алюмінію складається з наступних пристроїв та матеріалів:

- джерела непостійного струму (інвертора);

- заземлення, що забезпечує безпеку при виконанні роботи;

- електродів з вольфраму;

- присадного дроту;

- охолоджуючого блоку для пальника, що використовується під час масштабних робіт;

- сопла для пальника;

- шланга для газу;

- балона з аргоном;

- редуктора, що використовується для зниження тиску газу.

Ручне електродугове зварювання алюмінію плавким електродом

Цей метод застосовується для з’єднання конструкцій і деталей з алюмінію, на які не покладають великих навантажень. Це пов’язано з недоліками даного способу зварювання, а саме:

- важкістю отримання рівного шов;

- сильним розбризкуванням металу у  процесі плавлення електрода;

- невисокою міцністю створюваного шва, що має пористу структуру;

- утрудненим очищенням шва від шлаків.

Зварювання алюмінію електродом

Рис. 16. Ручне зварювання алюмінію плавким електродом

Зварювання алюмінію напівавтоматом

Зварювання алюмінію напівавтоматом здійснюється при використанні газів, що створюють захисне середовище. Процес виконується при використанні спеціального дроту з алюмінію, який подається в автоматичному режимі через пальник, якого переміщує зварювальник.

Зварка алюмінію напівавтоматом

Рис. 17. Зварювання алюмінію напівавтоматом

При зварюванні алюмінію напівавтоматом використовується постійний струм, який має зворотну полярність. В якості захисного газу потрібно застосовувати чистий аргон. Для якісного процесу важливо також правильно вибрати товщину і марку дроту. Вид дроту підбирається експериментальним шляхом. Тонкий дріт рідко використовують так як існує складність його подачі через пальник через підвищену м’якість алюмінію.

Газове зварювання алюмінію

Для цього зварювання використовують пропановий або ацетиленовий пальник.

Цей метод ґрунтується на розплавленні металу за допомогою температурної сили, що виникає в результаті використання енергії газу. Сам процес не складний і не вимагає великої кількості коштів. 

 Горіння газів дозволяє досягти потрібної температури для плавлення металу. За рахунок цього ділянки 2-х деталей зварюються між собою. З’єднувальним елементом є алюмінієвий дріт. Використання газу дозволяє надійно захистити ділянки 2-х елементів в порівнянні з обмазкою, якою покриваються електроди.

При роботі з алюмінієм також використовується флюс для поліпшення зварного шва. Його частіше застосовують під час газового зварювання алюмінію великої товщини. Флюс сприяє видаленню окису металу. До його складу входять легкоплавкі лужні речовини, хлористі сполуки і маленький відсоток фтористих елементів. Флюс може мати вигляд порошку або пасти.

Рис. 18. Газове зварювання алюмінію

Процес з’єднання алюмінієвих заготовок виконується в наступній послідовності:

- підготовка зварювальних ділянок;

- накладання флюсу, що дозволяє поліпшити плинність алюмінію і якість шва;

- нагрів заготовок пальником; 

 - піднесення присаджувального матеріал до місця стику і заповнення шва припоєм, розплавленим під температурним впливом полум’я;

- охолодження з’єднання;

- перевірка якості шва.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися  з  темою  та  метою  практичної роботи.

2. Вивчити  теоретичні  відомості  практичної роботи, які містять наступні питання:

- особливості кольорових металів;

- особливості зварювання міді;

- рекомендації по техніці зварювання міді та її сплавів;

- газове зварювання;

 - автоматичне зварювання під флюсом;

- зварювання міді в середовищі захисних газів;

- ручне дугове зварювання міді вугільним або графітовим електродами;

- ручне зварювання міді плавким електродом;

- плазмове та електрошлакове зварювання міді;

- газове зварювання;

- автоматичне зварювання під флюсом;

- зварювання в захисних газах вольфрамовим електродом;

- зварювання плавким електродом;

- плазмове та електрошлакове зварювання міді;

- особливості зварювання алюмінію;

- зварювання алюмінію неплавким електродом;

- ручне електродугове зварювання алюмінію плавким електродом;

зварювання алюмінію напівавтоматом;

- газове зварювання алюмінію.

3. Пройти  перевірку знань теоретичного матеріалу, давши відповідь на питання для самоконтролю.


Наочне відео попереднього і супутнього підігріву: 

Попередній підігрів   Супутній підігрів


Контрольна робота


Запитання №1:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Чи має електрогазозварник право доступу до обслуговування і ремонту зварювального устаткування?

Запитання №2:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Який із зазначених матеріалів можна використовувати для костюма електрогазозварника?

Запитання №3:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Яким видом вентиляції мають бути обладнанні цехи, в яких виконуються зварювальні роботи?

Запитання №4:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

На якій відстані від газопроводу мають виконуватись газозварювальні роботи?

Запитання №5:

З кількома правильними відповідями

Балів: 1%

Яке джерело зварювання має окремий чи вбудований регулятор зварювального струму?

Запитання №6:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Вкажіть операції, які передбачає щоденна перевірка зварником справності зварювального обладнання

Запитання №7:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Які вимоги до заземлення електрообладнання? Вказати невірну відповідь.

Запитання №8:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Як повинен бути обладнаний газорозбірний пост природного газу:

Запитання №9:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

На якій мінімальній відстані від приладів опалювання повинні розташовуватися балони із захисними газами, що використовуються при зварюванні?

Запитання №10:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

За яким принципом вибирають дріт для механізованого зварювання?

Запитання №11:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Укажіть зайвий елемент у пристрої зварювального автомату для газового зварювання?

Запитання №12:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Який інструмент використовують для формування притуплення кромок?

Запитання №13:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

За вмістом якого газу в зварювальному шві визначають ефективність захисту зони зварювання від повітря?

Запитання №14:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Вкажіть призначення пальника:

Запитання №15:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Для пневматичних випробувань на щільність зварного з’єднання використовують:

Запитання №16:

З кількома правильними відповідями

Балів: 1%

Які вимоги безпеки при газополуменевих роботах?

Запитання №17:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Коли використовують зворотню полярність?

Запитання №18:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Проводити зварювальні роботи на відкритому повітрі під час снігопаду дозволяється у випадку:

Запитання №19:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Причина утворення пор при напівавтоматичного зварювання:

Запитання №20:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Трансформатор призначений для:

Запитання №21:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Коли використовують автоматичне зварювання?

Запитання №22:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Для чого проводиться заземлення?

Запитання №23:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Вкажіть порядок перекривання вентилів при зворотному ударі полум’я:

Запитання №24:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Перед початком газового зварювання необхідно перевірити:

Запитання №25:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

В залежності від чого вибирають діаметр електрода?

Запитання №26:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Вкажіть визначення терміна «стикове з'єднання»

Запитання №27:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Виберіть основні параметри режиму ручного дугового зварювання

Запитання №28:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Для чого проводиться додатковий підігрів при дуговому зварюванні?

Запитання №29:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Що відбудеться при збільшені швидкості подачі дроту в автоматах та напівавтоматах?

Запитання №30:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Які матеріали використовують при повітряно–дуговому різанні?

Запитання №31:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Вкажіть причину утворення пор у шві

Запитання №32:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Виберіть активний газ для напіватоматичного зварювання:

Запитання №33:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Вкажіть причини виникнення пропалу у зварному шві

Запитання №34:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

З якою метою проводиться попередній та супутній підігрів?

Запитання №35:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

До зовнішніх дефектів зварних з’єднань відносяться:

Запитання №36:

З однією правильною відповіддю

Балів: 1%

Які шкідливі виробничі чинники впливають на зварювальника при ручному дуговому зварюванні?