Какую двуокись углерода следует применять для сварки в среде углекислого газа высокопрочных сталей
3.4.12. Необходимость термической обработки сварных соединений должна устанавливаться ТУ на изготовление, реконструкцию, ремонт и монтаж крана.
5.3.1. Грузозахватные приспособления после изготовления подлежат испытанию на предприятии-изготовителе, а после ремонта (кроме стропов) - на предприятии, на котором они ремонтировались.
Стропы, имеющие дефекты, браковочные признаки которых превышают величины, указанные в нормативных документах, ремонту не подлежат.
В случае применения в одном соединении сталей разных марок механические свойства наплавленного металла должны соответствовать свойствам стали с большим пределом прочности. Марки присадочных материалов, флюсов и защитных газов должны быть указаны в технических условиях на изготовление, ремонт, монтаж или реконструкцию кранов.
3.5.1. Контроль качества сварных соединений, проводимый при изготовлении, реконструкции, ремонте, монтаже кранов службой контроля продукции (ОТК), должен осуществляться внешним осмотром и измерениями, механическими испытаниями, методами неразрушающего контроля, предусмотренными нормативными документами.
3.5.2. Контроль качества св.соединений должен проводиться после проведения ТО. Результаты контроля св.соединений должны быть зафиксированы в соответствующих документах (журналах, картах и т.п.).
3.5.4. Контроль сварных соединений просвечиванием и ультразвуком должен проводиться в соответствии с ГОСТ и другими НД. Контроль сварных соединений, элементов расчетных металлоконструкций проводят только после устранения дефектов, выявленных внешним осмотром. При этом обязательному контролю подвергают начало и окончание сварных швов стыковых соединений поясов и стенок коробчатых металлоконструкций балок, колонн, стрел.
При любом методе контроля суммарная длина контролируемых участков сварных соединений устанавливается нормативными документами и должна составлять не менее:
50 % от длины стыка - на каждом стыке растянутого пояса коробчатой или решетчатой металлоконструкции;
25 % от длины стыка - для всех остальных стыковых соединений;
25 % от длины шва - для других видов сварных соединений, указанных в рабочих документах.
3.5.6. В сварных соединениях не допускаются следующие дефекты, браковочные признаки которых превышают величины, указанные в нормативных документах:
а) трещины всех видов и направлений, расположенные в металле шва, по линии сплавления и в околошовной зоне основного металла, в том числе микротрещины, выявляемые при микроскопическом исследовании; непровары (несплавления), расположенные на поверхности по сечению сварного соединения; непровары в вершине (корне) угловых и тавровых соединений, выполненных без разделки кромок; поры, расположенные в виде сплошной сетки;
подрезы и наплывы (натеки); незаваренные кратеры; свищи; прожоги в металле шва; смещения кромок выше нормы, предусмотренной чертежами.
3.5.7. Качество сварных соединений считается неудовлетворительным, если в них при любом виде контроля будут обнаружены внутренние или наружные дефекты, выходящие за пределы норм, установленных ПБ 10-382-00 и другими НД на изготовление, реконструкцию, ремонт и монтаж кранов.
3.5.8. При выявлении во время неразрушающего контроля недопустимых дефектов в св. соединениях контролю должно быть подвергнуто все соединение. Дефектные участки сварных швов, выявленные при контроле, должны быть удалены механическим способом и переварены.
3.5.9. На предприятиях, занимающихся изготовлением, ремонтом и реконструкцией кранов, механические испытания образцов сварных соединений должны проводиться периодически, в соответствии с технологическими документами.
8.2.2. Разрешение на пуск в работу крана, подлежащего регистрации в Госатомнадзоре России, должно быть оформлено в следующих случаях:
после монтажа, вызванного установкой крана на новом месте;
после реконструкции крана;
после ремонта с заменой элементов или узлов металлоконструкций крана с применением сварки; после установки на кране нового ограничителя грузоподъемности
ПБ 10-382-00 Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов
3.3.1. Материалы для изготовления, реконструкции и ремонта кранов и их элементов должны применяться в соответствии с государственными стандартами и другими нормативными документами.
3.3.2. Качество материала, примененного при изготовлении, реконструкции, ремонте, монтаже кранов, должно быть подтверждено сертификатом поставщика материала и входным контролем. При отсутствии сертификата материал допускается применять после его испытания аккредитованной лабораторией в соответствии с государственными стандартами и другими нормативными документами.
3.3.4. Материалы, не указанные в нормативных документах и ранее не применявшиеся для изготовления, реконструкции и ремонта кранов, могут быть применены по рекомендации головной организации и по согласованию с Госгортехнадзором России.
3.2.2. Реконструкция и ремонт кранов должны производиться по проекту и техническим условиям, разработанным предприятиями-изготовителями или специализированными организациями
3.4.1. Сварка расчетных металлоконструкций, элементов кранов и контроль качества сварных соединений должны выполняться в соответствии с требованиями настоящих Правил, государственных стандартов и других нормативных документов.
3.4.4. Марки присадочных материалов, флюсов и защитных газов должны быть указаны в технических условиях на изготовление, ремонт, монтаж или реконструкцию кранов.
3.4.8. Возможность и порядок производства сварочных работ при температуре ниже 0°С устанавливаются нормативными документами.
3.4.9. Допускается изготовление сварных элементов с применением в одном и том же узле различных методов сварки, что должно быть оговорено в технических условиях.
3.4.10. Прихватки, выполненные в процессе сборки металлоконструкции, могут не удаляться, если при сварке они будут полностью переплавлены.
Перед сваркой прихватки должны быть очищены от шлака.
3.4.12. Необходимость термической обработки сварных соединений должна устанавливаться техническими условиями на изготовление, реконструкцию, ремонт и монтаж крана.
3.5.9. На предприятиях, занимающихся изготовлением, ремонтом и реконструкцией кранов, механические испытания образцов сварных соединений должны проводиться периодически в соответствии с технологическими документами.
Сварка углеродистых и легированных сталей
В зависимости от химического состава сталь бывает углеродистая и легированная.
Углеродистая сталь делится на:
- низкоуглеродистую (содержание углерода до 0,25%)
- среднеуглеродистую (содержание углерода от 0,25 до 0,6%)
- высокоуглеродистую (содержание углерода от 0,6 до 2,0%).
Сталь, в составе которой кроме углерода имеются легирующие компоненты (хром, никель, вольфрам, ванадий и т. д.), называется легированной. Легированные стали бывают:
- низколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, менее 2,5%)
- среднелегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, от 2,5 до 10%)
- высоколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, более 10%).
Технология сварки легированных сталей
Сварка низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей
Свариваемость таких сталей зависит от содержания углерода и легирующих компонентов и ухудшается с ростом содержания углерда и легирующих компонентов. Стали кремнемарганцевой группы 15ГС, 18Г2С и 25Г2С сваривают электродами типа Э60А марки УОНИ-13/65. Перед сваркой кромки тщательно зачищают от грязи, ржавчины и окалины.
Сварку выполняют предельно короткой дугой. Изделие перед сваркой подогревают до температуры 200 С, электроды перед сваркой прокаливают при 400°С в течение одного часа.
Кремнемарганцемедистые стали 10Г2СД, 10ХГСНД, 15ХСНД и 12ХГ сваривают электродами типа Э50А марки УОНИ-13/55. Изделие перед сваркой не подогревают.
Сварка низколегированных и среднелегированных конструкционных сталей
Особенности сварки высоколегированных сталей
К высоколегированным относят стали, суммарный состав легирующих элементов в которых составляет не менее 10%, при содержании одного из них не менее 8%. При этом содержание железа должно составлять не менее 45%. В основном это стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью или жаростойкостью. Легирование сталей выполняют углеродом, марганцем, кремнием, молибденом, алюминием, ванадием, вольфрамом, титаном и ниобием, бором, медью, серой и фосфором. Введение легирующих элементов меняет физические и химические особенности стали.
Так, углерод способствует повышению прочности стали и снижению ее пластичности. Окисление углерода в процессе сварки способствует появлению пор. Кремний является раскислителем и содержание его в стали более 1% приводит к снижению свариваемости. Хром также снижает свариваемость, способствуя созданию тугоплавких окислов. Никель повышает прочность и пластичность сварочного шва, не снижая свариваемость стали. Молибден увеличивает прочность и ударную вязкость стали, ухудшая свариваемость. Ванадий в процессе сварочных работ сильно окисляется, поэтому его содержание в стали предусматривает введение раскислителей. Вольфрам тоже сильно окисляется при повышенных температурах, ухудшает свариваемость стали.
Титан и ниобий предотвращают межкристаллитную коррозию. Бор повышает прочность, но затрудняет свариваемость. Медь повышает прочность, ударную вязкость и коррозийную стойкость стали, но снижает ее свариваемость. Повышенное содержание в стали серы приводит к образованию горячих трещин, а фосфор способствует образованию холодных трещин.
Содержание тех или иных легирующих элементов определяют по маркировке стали. Первые две цифры в маркировке означают содержание углерода в сотых долях процента; легирующие элементы обозначают буквенными символами, а стоящие за ними цифры указывают на примерное содержание этих элементов, при этом единицу и меньше не ставят. Символ «А», установленный в конце маркировки, указывает, что сталь высококачественная, с пониженным содержанием серы и фосфора. Наиболее широкое применение получили коррозионно-стойкие хромоникелевые стали (12Х18Н10Т, 10Х23Н18 и некоторые другие).
Из вышесказанного видно, что, как правило, легирование стали приводит к снижению ее свариваемости, а первостепенную роль при этом играет углерод. Поэтому доля влияния каждого легирующего элемента может быть отнесена к доле влияния углерода. Повышенное содержание углерода и легирующих элементов способствует увеличению склонности стали к резкой закалке в пределах термического цикла, происходящего во время сварки. В результате этого околошовная зона оказывается резко закаленной и теряет свою пластичность.
Поэтому при сварочных процессах высоколегированных сталей, происходящих в зоне плавления металла и околошовной области, возникают горячие трещины и межкристаллитная коррозия, проявляющаяся в процессе эксплуатации. Основной причиной появления трещин является образование крупнозернистой структуры в процессе кристаллизации и значительные остаточные напряжения, полученные при затвердевании металла. Легирование влияет на вязкость металла и коэффициент поверхностного натяжения, поэтому у большинства высоколегированных сталей сварочный шов формируется хуже, чем у низколегированных и даже углеродистых сталей.
Межкристаллитная коррозия характерна для всех видов высоколегированных сталей, имеющих высокое содержание хрома. Под действием нагрева образовавшиеся карбиды хрома выпадают по границам зерен, снижая их антикоррозийные свойства.
Препятствует образованию карбидов хрома легирование стали титаном, ниобием, танталом, цирконием и ванадием. Положительное влияние на качество сварочного шва оказывает дополнительное легирование сварочной проволоки хромом, кремнием, алюминием, ванадием, молибденом и бором.
Для сварки высоколегированных сталей используют как ручную дуговую , так механизированную сварку под флюсом и в среде защитных газов . Сварка выполняется при минимальном тепловложении с использованием термообработки и применением дополнительного охлаждения. Введение легирующих элементов меняет и технологические особенности стали. Так, система легирования снижает теплопроводность стали и повышает ее электрическое сопротивление. Это оказывает влияние на скорость и глубину плавления металла, что требует меньшего вложения энергии, и увеличения скорости подачи сварочной проволоки.
Ручную дуговую сварку высоколегированных сталей выполняют при пониженных тока обратной полярности. Сварку ведут короткой дугой ниточными валиками без поперечных колебаний.
Проволока, применяемая для изготовления электродов, должна соответствовать марке стали с учетом ее свариваемости. Защитное покрытие электродов должно иметь состав, снижающий отрицательное действие повышенной температуры. К примеру, для сварки кислотостойкой стали 12X18HI0T электроды типа Э-04Х20Н9 (марки ЦЛ-11) препятствуют образования горячих трещин и межкристаллитной коррозии. Предварительный и сопутствующий подогрев снижает опасность возникновения трещин. Для защиты сварочной ванны используют инертный газ или аргон и его смеси с гелием, кислородом и углекислым газом.
Сварку в среде углекислого газа можно выполнять только в случаях, когда отсутствует опасность возникновения межкристаллитной коррозии. Сварка плавящимся электродом выполняется при значениях тока, обеспечивающих струйный перенос электродного металла.
При сварке возникает опасность коробления и остаточных сварочных напряжений. Поэтому после сварки часто возникает необходимость в термообработке.
Углекислота как способ защиты металла в сварочных процессах
Дуговая сварка в ряде случаев требует применения среды различных защитных газов для предотвращения преждевременной коррозии и образования шлаков в месте сварочного шва. В качестве защитной среды очень часто используются различные инертные газы, такие, как аргон и гелий. Однако стоимость данных технических газов достаточно высокая. Это негативно сказывается на себестоимости проводимых производственных операций. Поэтому постоянно ведется активный поиск заменителей инертных газов. Эти вещества должны обладать те ми же защитными свойствами, что и инертные газы и не уступать по степени эффективности защиты. Одним из таких веществ на сегодняшний день является углекислота, двуокись углерода.
Основным преимуществом углекислоты является её доступность по цене. Она на порядок дешевле, чем аргон и гелий. В то же время углекислота обладает высокими защитными свойствами, не требует специального оборудования для своего применения. Недостаток углекислоты в процессе сварки заключается в том, что она содержит высокий процент кислорода, который окисляет поверхность металла в районе сварочного шва. Опытные сварщики компенсируют данный недостаток достаточно просто. Они используют электродную проволоку для раскисления поверхности сварочного шва. Данный расходный материал содержит в своём составе достаточное количество раскислителей, таких, как кремний и марганец. За счет этого коррозийных процессов в результате окисления не происходит.
Общие принципы сварки в защитной среде углекислого газа схожи по своим технологическим моментам с принципами сварки металлов в среде защитных газов. Применяются угольные или плавящиеся электроды, на которые подается постоянный ток. Чаще всего при подаче электрического тока используется принцип обратной полярности. Иногда при таком методе сварки за счет высокого содержания водорода в шве идёт интенсивное образование пористых полостей. Во избежание данного недостатка необходимо применение специальных стабилизационных веществ для электрической дуги.
Сварка в углекислоте совершенно невозможна и нецелесообразна при помощи вольфрамового электрода. Это связано с тем, что углекислота при высоких температурах превращается в очень мощный окислитель и вольфрамовый электрод попросту сгорает. Применение метода сварки в углекислоте возможно в большинстве случаев производственных операций, направленных на создание металлических конструкций их тонкой низкоуглеродистой и низколегированной стали.
Сварочные процессы в углекислоте можно проводить во всех пространственных плоскостях. Это дает возможность применения этого метода на различных производственных объектах. Единственным недостатком при этом является необходимость выполнения потолочных и вертикальных швов с помощью малого тока и с использованием проволоки небольшого диаметра. В остальных сварочных операциях выбор величины сварочного тока и диаметра сварочной проволоки зависит от технических параметров свариваемых металлических деталей.
Для того, чтобы правильно применять на практике для сварки углекислоту, необходимо знать основные её характеристики. В частности, углекислота, которая применяется на производственных площадках для создания защитной сварочной среды, должна отвечать требованиям ГОСТа 8050-76. Данный расходный материал поставляется в специализированных баллонах в жидком состоянии. При снижении оказываемого на углекислоту давления, она переходит в газообразное состояние, в этом виде и используется в сварочном процессе. В процессе охлаждения углекислота превращается в сухой лёд. Интересной особенностью углекислоты является её способность при нагревании переходить сразу же в газообразное состояние, минуя стадию жидкого вещества. При этом, испаряясь, один килограмм углекислоты высвобождает более пятисот литров газа. Это достаточно высокий производственный показатель, который позволяет до настоящего времени углекислоте оставаться самым экономичным газом для проведения сварочных работ в защитной среде. Стандартный баллон с углекислотой содержит 25 килограмм жидкой углекислоты. Это количество дает возможность использования примерно тринадцати кубометров газообразного вещества.
При хранении углекислоты в баллоне очень часто образуется высокая влажность. Это негативно влияет на сварочные процессы. Поэтому необходимо применение специальных приемов, которые способствуют осушению углекислоты перед использованием. В частности, одним из таких приёмов является переворачивание баллона вниз вентилем. В таком положении баллон выдерживают в течение пятнадцати минут. После этого из баллона осторожно спускают воду и выжидают еще такое количество времени. Повторно спускают воду и используют баллон в производственных целях.
Для сварки в углекислоте чаще всего используются полуавтоматические сварочные аппараты, такие как А-547, ПШП-10, А-537 и другие. Каждый из полуавтоматов позволяет производить сварочные операции в среде углекислого газа с использованием подходящей по техническим параметрам сварочной проволоки.
Сварка углеродистых сталей в атмосфере защитных газов
Для сварки углеродистых сталей в качестве защитного газа используют углекислый газ, смеси инертного газа с кислородом или углекислым газом; реже инертные газы (аргон).
Сварку в атмосфере инертных газов вольфрамовым электродом применяют для металла толщиной до 2 мм. Часто для исключения присадочной проволоки сваривают соединения с отбортовкой кромок.
Сварку плавящимся электродом применяют для металла толщиной более 0,8 мм. Диаметр электродной проволоки выбирают, в зависимости от толщины свариваемого металла в пределах 0,5-3 мм.
В качестве защитного газа используют в основном аргон; для повышения стабильности горения дуги, улучшения формирования шва и понижения чувствительности процесса к пористости из-за водорода применяют аргон с добавкой кислорода (до 5%) или углекислого газа (до 10 %).
Сварку в атмосфере углекислого газа широко используют при изготовлении изделий из углеродистых сталей. В зависимости от толщины свариваемого металла применяют или неплавящийся - угольный или графитовый электрод (для толщин до 2 мм), или плавящийся электрод (для толщин свыше 0,8 мм).
Углекислый газ обеспечивает защиту металла в зоне сварки от воздуха, но в то же время окисляет защищаемый металл. Окисление жидкого металла происходит в результате непосредственного взаимодействия металла с углекислым газом:
Fe + СO 2 = FeO + СО,
а также с кислородом, образующимся в результате диссоциации углекислого газа:
2СO 2 = 2СО + O 2 ; 2Fe + 0 2 = 2FeO.
Роль непосредственного окисления металла углекислым газом с повышением температуры понижается, поскольку с повышением температуры степень термической диссоциации углекислого газа увеличивается. В результате в газовой смеси возрастает концентрация кислорода, которая, например, при температуре 3000 К достигает 20 %.
Окисление жидкого металла вызывает большие потери легирующих элементов из капель электродного металла, приводит к повышению содержания кислорода в металле сварочной ванны. В результате возрастает вероятность образования пор из-за выделения оксида углерода в процессе кристаллизации и снижаются механические свойства металла шва.
Образование пор из-за выделения оксида углерода при сварке углеродистых сталей предотвращается, если металл шва содержит до 0,12—0,14 % С, не ниже 0,17—0,20 % Si, не ниже 0,5— 0,8 % Мп. При этом металл шва характеризуется малой склонностью к образованию горячих трещин и достаточно высокими механическими свойствами. Увеличение содержания углерода приводит к повышению вероятности образования горячих трещин. Повышение содержания кремния сверх 0,45 % понижает пластические свойства металла шва и также увеличивает вероятность образования горячих трещин. Вероятность их образования снижается при повышении содержания марганца до 1,2 %.
В большинстве случаев при сварке низкоуглеродистых сталей беспористые швы указанного выше состава получают при применении кремнемарганцовистых электродных проволок Св-08Г2С и Св-08ГС, обеспечивающих малую загрязненность металла шва оксидными включениями. Содержание оксидных включений при сварке низкоуглеродистой стали проволокой Св-08ГС составляет 0,014 %, а проволокой Св-08Г2С 0,009 %. Меньшая загрязненность металла шва оксидными включениями при сварке низкоуглеродистой стали проволокой Св-08Г2С обусловлена более рациональным содержанием кремния и марганца в металле шва (0,23 % Si, 0,72 % Мn), при котором продукты раскисления формируются в гаде жидких силикатов.
Процесс дуговой сварки в атмосфере углекислого газа менее чувствителен к ржавчине на свариваемых кромках по сравнению со сваркой под флюсом. Это обусловлено оттеснением газовой струей влаги, испаряющейся при сварке из ржавчины, и окислительными свойствами газовой среды. Однако подобный эффект достигается при использовании углекислого газа с малым содержанием паров воды. Использование углекислого газа с повышенным содержанием паров воды может привести к образованию пор в швах и снижению пластических свойств металла шва. В подобных случаях необходима предварительная осушка газов. Обычно для этой цели используют поглотители (хлористый кальций, силикагель и др.).
На свойства металла шва (образование пор, механические свойства) большое влияние оказывают также загрязнения, имеющиеся на поверхности электродной проволоки: технологическая смазка (чаще всего мыло), антикоррозионная смазка (обычно нитрит натрия), ржавчина. Наиболее рациональный способ удаления поверхностных смазок - прокалка проволоки при температуре 150-250 °С в течение 1,5-2 ч. Ржавчину удаляют травлением или зачисткой перед прокалкой.
Образование пор при сварке в углекислом газе возможно при нарушении газовой защиты: при чрезмерном удлинении дуги, наличии сквозняков, значительных зазоров в соединениях. Нарушение защиты приводит к повышению содержания кислорода и азота в металле шва и образованию пористости.
Если по условиям сварки не обеспечивается достаточная защита зоны сварки углекислым газом, то для предотвращения образования пор и получения металла шва с высокими пластическими свойствами рационально использовать специальную проволоку, содержащую нитридообразующие элементы, Св-15ГСТЮЦА или Св-20ГСТЮА (проволока разработана для дуговой сварки без защиты). В подобных случаях возможно также применение порошковой проволоки, создающей дополнительную защиту расплавленного металла шлаком, поскольку сердечник порошковой проволоки содержит не только элементы-раскислители, но и шлакообразующие компоненты.
Для сварки в углекислом газе используют проволоки рутил-флюоритпого (ПП-АН4, ПП-АН9 и др.) и рутилового (ПП-АН8 и др.) типов. Применение порошковой проволоки взамен проволоки сплошного сечения позволяет также повысить устойчивость горения дуги, уменьшить разбрызгивание электродного металла, повысить пластические свойства металла и улучшить формирование швов. При применении порошковой проволоки необходимо иметь в виду, что увлажнение материала сердечника проволоки может привести к образованию пор. Прокалка проволоки при температуре 240-250 °С позволяет предотвратить развитие указанных дефектов. При этом обеспечивается также удаление с поверхности проволоки технологической смазки.
Сварку в атмосфере углекислого газа угольным или графитовым электродом выполняют на постоянном токе прямой полярности. При сварке на обратной полярности наблюдается науглероживание металла шва. Сварку плавящимся электродом выполняют на постоянном токе обратной полярности. При сварке на прямой полярности снижается стабильность горения дуги и повышается разбрызгивание электродного металла.
При сварке в углекислом газе наблюдается повышенное по сравнению с другими способами сварки разбрызгивание электродного металла (даже при сварке на обратной полярности при достаточной плотности тока). Некоторая часть капель расплавленного металла, вылетающих из зоны сварки, прилипает или сплавляется со свариваемой деталью, соплом горелки и токоподводящим мундштуком. Налипание капель на поверхность сопла и токоподводящего мундштука может нарушить равномерную подачу электродной проволоки, ухудшить газовую защиту, поэтому необходимо периодически очищать сопло и токоподводящий мундштук от рбрызг.
В некоторых случаях требуется удаление прилипших капель с поверхности изделия. Снижению разбрызгивания электродного металла способствуют параметры режима, уменьшающие размер капель: увеличение силы тока, снижение диаметра электродной проволоки, а также уменьшение длины дугового промежутка - уменьшение напряжения на дуге. Другим направлением является воздействие на величину поверхностного натяжения жидкого металла за счет введения активирующих добавок: щелочных и щелочно-земельных элементов (цезия, рубидия, калия, натрия, бария и др.), снижающих поверхностное натяжение.
Благодаря этому при сварке в углекислом газе па прямой полярности обеспечивается струйный перенос электродного металла. Активирующие добавки или вводят в состав проволоки, или наносят на ее поверхность. Для уменьшения прилипания капель к деталям горелки и поверхности свариваемого изделия иногда применяют противопригарные смазки, например, алюминиевую пудру, замешанную на жидком стекле, или смесь циркона с жидким стеклом и др.
Читайте также: