Сущность технологических процессов сварки
Ручную дуговую сварку выполняют сварочными электродами, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом — дуга горит между стержнем электрода и основным металлом. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя газовую защитную атмосферу вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла. Металлическая и шлаковые ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и образуется сварочный шов. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку.
Электроды для ручной сварки представляют собой стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержень изготовляют из сварочной проволоки повышенного качества. Сварочную проволоку всех марок в зависимости от состава разделяют на три группы: низкоуглеродистая, легированная и высоколегированная.
Ручная сварка удобна при выполнении коротких и криволинейных швов в любых пространственных положениях (рис. 1) — нижнем, вертикальном, горизонтальным, потолочном, при наложении швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы. Ручная сварка обеспечивает хорошее качество сварных швов, но обладает более низкой производительностью, например, по сравнению с автоматической дуговой сваркой под флюсом.
Рис. 1. Виды сварных швов
Производительность процесса в основном определяется сварочным током. Однако ток при ручной сварке покрытыми электродами ограничен, так как повышение тока сверх рекомендованного значения приводит к разогреву стержня электрода, отслаиванию покрытия, сильному разбрызгиванию и угару расплавленного металла.
Выбор режима. Под режимом сварки понимают совокупность контролируемых параметров, определяющих условия сварки.
Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины металла, катета шва, положения шва в пространстве.
Примерное соотношение между толщиной металла S и диаметром электрода dэ при сварке в нижнем положении шва составляет:
Сила тока в основном зависит от диаметра электрода, но также зависит и от длины его рабочей части, состава покрытия, положения в пространстве сварки.
Чем больше ток, тем больше производительность, т. е. большее количество наплавленного металла:
где Q — количество наплавленного металла; αн — коэффициент наплавки, г/(А·ч);
Однако при чрезмерном токе для данного диаметра электрода, электрод быстро перегревается выше допустимого предела. Это приводит к снижению качества шва и повышенному разбрызгиванию. При недостаточном токе дуга неустойчива, часто обрывается, в шве могут быть непровары. Величину тока приблизительно можно определить по следующим формулам:
при сварке конструкционных сталей для электродов диаметром 3—6 мм:
где dэ — диаметр электрода, мм.
Сварку швов в вертикальном и потолочном положениях выполняют, как правило, электродами диаметром не более 4 мм. При этом сила тока должна быть на 10—20% ниже, чем для сварки в нижнем положении. Напряжение дуги изменяется в сравнительно узком интервале 16—30 В.
Техника сварки. Дуга — мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка возникает во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает в себя три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода и возникновение устойчивого дугового разряда.
Дуга может возбуждаться двумя приемами: касанием конца электрода к свариваемому изделию и отводом от изделия перпендикулярно вверх на расстояние 3—4 мм (рис. 2), или быстрым боковым движением электрода к свариваемому изделию и отводе электрода от изделия («чирканьем» электродом по изделию, подобно зажиганию спички). Прикосновение электрода к изделию должно быть кратковременным, иначе он приваривается к изделию. Второй способ удобнее, но неприемлем в узких и неудобных местах.
Рис. 2. Методы зажигания дуги: а — боковым движением; б — касанием электрода
В процессе сварки необходимо поддерживать определенную длину дуги, которая зависит от марки и диаметра электрода. Ориентировочно нормальная длина дуги должна быть в пределах
где Lд — длина дуги, мм; dэ — диаметр электрода, мм.
Длина дуги значительно влияет на качество сварки. Короткая дуга горит устойчиво и обеспечивает получение высококачественного сварного шва, так как расплавленный металл быстро проходит дуговой промежуток и меньше подвергается окислению и азотированию. Кроме этого, сварка на длинной дуге электродами с покрытием основного типа, приводит к пористости металла шва. Для правильного формирования шва при сварке плавящимся электродом необходимо электрод по отношению к поверхности свариваемого металла держать наклонно, под углом 15—20° от вертикальной линии. Изменяя угол наклона электрода, можно регулировать глубину расплавления основного металла и влиять на скорость охлаждения сварочной ванны. На рис. 3 показано влияние наклона электрода и наклона свариваемого изделия на глубину проплавления основного металла.
Рис. 3. Влияние наклона электрода и наклона свариваемого изделия на глубину проплавления основного металла: а — сварка углом вперед; б — сварка углом назад; в — сварка вертикальным электродом под уклон; г — сварка вертикальным электродом на подъем; д — сварка вертикальным электродом горизонтальной поверхности
Кроме длины дуги на качество сварного шва также влияет величина сварочного тока, напряжение и темп сварки. Внешний вид получаемого сварного шва при отклонении от нормальных режимов показан на рис. 4.
Рис. 4. Зависимость сварного шва от напряжения, тока и темпа сварки
В процессе сварки электроду сообщается движение в трех направлениях.
- Первое движение— поступательное, по направлению оси электрода. Этим движением поддерживается постоянная (в известных пределах) длина дуги в зависимости от скорости плавления электрода.
- Второе движение — перемещение электрода вдоль оси образования валика шва. Скорость этого движения устанавливается в зависимости от тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов. При отсутствии поперечных движений электрода получается так называемый ниточный валик, на 2—3 мм шире диаметра электрода, или узкий шов шириной е = 1,5dэ.
- Третье движение— перемещение электрода поперек шва для получения шва шире, чем ниточный валик, так называемого уширенного валика.
Поперечные колебательные движения конца электрода определяются формой разделки, размерами и положением шва, свойствами свариваемого материала, навыком сварщика. Широкие швы (e = (1,5 – 5)dэ) получают с помощью поперечных колебаний, изображенных на рис. 5. На примере этих основных колебательных движений в табл. 1 приведены движения электрода при различных видах сварки.
Рис. 5. Схема движения конца электрода при ручной электродуговой сварке
При сварке тонких листов накладывают узкий валик (шириной 0,8—1,5 диаметра электрода) без поперечных колебаний. В других случаях (при сварке толстых листов) применяют уширенные валики. Колебательные движения улучшают прогрев кромок шва, замедляют остывание ванны наплавленного металла, обеспечивают получение однородного шва и устраняют непровар его корня.
Таблица 1. Примеры движения электрода при различных видах сварки
Сварку встык без разделки кромок производят преимущественно сквозным проплавлением с одной стороны шва. В этих случаях рекомендуется применять подкладки (стальные, медные). Иногда, когда это возможно, производят подварку шва узким валиком с обратной стороны.
Детали под сварку собирают в приспособлениях, чаще всего прихватками. Сечение прихваточного шва составляет примерно 1/3 от сечения основного шва, длина его 30—50 мм. Угловые швы сваривают «в угол» или «в лодочку» (рис. 6).
Рис. 6. Положение электрода и изделия при выполнении угловых швов: а — сварка в симметричную «лодочку», б — в несимметричную «лодочку», в — «в угол» наклонным электродом, г — с оплавлением кромок
При образовании углового шва (рис. 6, а, б, в) электрод ставят под углом 45° к поверхности детали. Применяя повышенные величины тока, во избежание непровара шва, обе свариваемые поверхности наклоняют к горизонтальной плоскости под углом 45° (сварка в лодочку, рис. 6, а). При наклоне свариваемых поверхностей под углом 30° или 60° — в несимметричную лодочку.
При сварке «в угол» проще сборка, допускается большой зазор между свариваемыми деталями (до 3 мм), но сложнее техника сварки, возможны дефекты типа подрезов и наплывов, меньше производительность, так как приходится за один проход сваривать швы небольшого сечения (катет < 8 мм) и применять многослойную сварку. Сварка в лодочку более производительна, допускает большие катеты шва за один проход, но требует более тщательной сборки.
При сварке встык шва с V-образной разделкой (рис. 7, а) дугу зажигают вблизи скоса кромок и наплавляют валик металла. В зависимости от толщины листа и диаметра электрода шов выполняют за один или несколько проходов.
При многослойной сварке каждый слой тщательно очищают. Число слоев определяют, исходя из диаметра электрода. Толщина слоя равна (0,8 ÷ 1,2)dэл.
Сварку Х-образных швов (рис. 7, б) с целью уменьшения деформации производят попеременным наложением слоев с обеих сторон разделки.
Рис. 7. Сварка в стык с разделкой кромок: а — схема наложения валиков металла с V-образной разделкой кромок; б — сварка встык с двухсторонней разделкой кромок.
Сборка деталей при подготовке под сварку, разделка кромок металла и зазоры между деталями при сварке встык, согласно ГОСТа, показаны на рисунках в табл. 2, а также на рис. 8—11.
Таблица 2. Основные типы и размеры конструктивных элементов шва
Сварка встык листов разной толщины показана на рис. 8. Соединение листов внахлестку лобовыми швами показано на рис. 9.
Соединение листов внахлестку фланговыми швами с усилением прорезными швами показано на рис 10.
Соединение листов встык с накладками показано на рис. 11. Накладки приварены к листам лобовыми и фланговыми швами (средняя проекция общая для обеих соединений).
Рис. 8. Разделка кромок листов разной толщины для сварки в стык
Рис. 9. Соединение листов внахлестку лобовыми швами
Рис. 10. Соединение листов внахлестку фланговыми швами, усиленными прорезными швами
Рис. 11. Соединение листов встык с одной накладкой (а) и то же, с двумя накладками (б)
Для повышения работоспособности сварных конструкций, уменьшения внутренних напряжений и деформаций большое значение имеет порядок заполнения швов. Под порядком заполнения швов понимается, как порядок заполнения разделки шва по поперечному сечению, так и последовательность сварки по длине шва.
По протяженности все швы условно можно разделить на три группы:
- короткие — до 300 мм;
- средние — 300—1000 мм;
- длинные — свыше 1000 мм.
В зависимости от протяженности шва, материала, требований к точности и качеству сварных соединений сварка таких швов может выполняться различными способами (рис. 12).
Рис. 12. Схемы сварки: а — напроход; б — от середины к краям; в — обратно ступенчатым способом; г — блоками; д — каскадом; е — горкой; А — направление заполнения разделки: (стрелками указано направление сварки); 1—5 последовательность сварки в каждом слое
Короткие швы выполняют на проход — от начала шва до его конца. Швы средней длины варят от середины к концам или обратно ступенчатым методом. Швы большой длины выполняют двумя способами: от середины к краям (обратно ступенчатым способом) и вразброс.
При обратно ступенчатом методе весь шов разбивается на небольшие участки длиной по 150—200 мм, на каждом участке сварку ведут в направлении, обратном общему направлению сварки. Длина участков обычно равна от 100 до 350 мм. В зависимости от количества проходов (слоев), необходимых для выполнения проектного сечения шва, различают однопроходный (однослойный) и многопроходный (многослойный) швы.
С точки зрения производительности наиболее целесообразными являются однопроходные швы, которые обычно применяются при сварке металла небольших толщин (до 8—10 мм) с предварительной разделкой кромок.
Сварку соединений ответственных конструкций большой толщины (свыше 20—25 мм), когда появляются объемные напряжения и возрастает опасность образования трещин, выполняют с применением специальных приемов: заполнения швов «горкой» или «каскадным» методом.
При сварке «горкой» сначала в разделку кромок наплавляют первый слой небольшой длины 200—300 мм, затем второй слой, перекрывающий первый и имеющий в 2 раза большую длину. Третий слой перекрывает второй и длиннее его на 200—300 мм. Так наплавляют слои до тех пор, пока на небольшом участке над первым слоем разделка не будет заполнена. Затем от этой «горки» сварку ведут в разные стороны короткими швами тем же способом. Таким образом, зона сварки все время находится в горячем состоянии, что позволяет предупредить появление трещин. «Каскадный» метод является разновидностью горки.
При сварке горизонтальных швов на вертикальной плоскости (рис. 13, а) разделку делают лишь верхнему листу, дугу возбуждают на нижней кромке, затем постепенно переходят на скошенную верхнюю кромку.
Вертикальные швы сваривать труднее, вследствие стекания расплавленного металла вниз. Для уменьшения стекания металла работу ведут короткой дугой и в направлении снизу вверх (рис. 13, б), за исключением листов толщиной до 1,5 мм.
Сварку потолочных швов (рис. 13, в) производят очень короткой дугой, при которой происходит короткое замыкание электрода на деталь. Применяют электроды с тугоплавкой обмазкой, которая образует вокруг электродов «втулочку», содержащую направленый газовый поток, удерживающий электродный металл.
Рис. 13. Схематическое изображение работы при выполнении сварки различными швами: а — горизонтальный шов на вертикальной плоскости; б — вертикальный шов; в — потолочный шов. 1—3 — положение электрода в пространстве; 4 — покрытие электрода
Обеспечение нормативных требований по технологии и технике сварки — основное условие получения качественных сварных швов. Отклонения размеров и формы сварного шва от проектных чаще всего наблюдаются в угловых швах и связаны с нарушением режимов сварки, неправильной подготовкой кромок под сварку, неравномерной скоростью сварки, а также при несвоевременном контрольном обмере шва.
Технологические особенности сварки
Автоматическую, механизированную и ручную сварку высокопрочных сталей выполняют на постоянном токе обратной полярности.
Условия сварки необходимо выбирать таким образом, чтобы предотвра-тить попадание влаги в зону сварки и чрезмерно быстрое охлаждение сварных соединений. Достаточно просто это достигается на промышленном предприя-тии. Однако значительный объем сварочных работ при изготовлении металло-конструкций из высокопрочных сталей приходится выполнять на монтаже как при нормальной, так и при низких температурах. В данном случае целесообразно подготовить специальные укрытия, позволяющие надежно защищать мес-то сварки от осадков и сквозняков. Иногда изготовляют специальные времен-ные сооружения, шатры. Опыт свидетельствует о том, что такие мероприятия позволяют существенно повысить качество сварочных работ и сократить объем ремонтно-восстановительных работ. При температуре окружающего воздуха ниже 0°С необходим предварительный подогрев свариваемых кромок при 100. 120°С для металла толщиной до 30 мм и при 130. .150°С для металла тол-щиной свыше 30 мм.
Протяженные стыковые соединения металла большой толщины скрепляя-ют (рис. 10) массивными прихватками, что позволяет разбивать его на равные участки («блоки»).
Рисунок 10 – Выполнение прихваток при сварке протяженных стыковых соединений из высокопрочных сталей большой толщины
Величину блоков выбирают в зависимости от толщины металла и длины стыка, применяемых способов сварки, продолжительности сварочного процесса и др. Работы должны быть организованы таким образом, чтобы полностью закончить сварку выбранного технологического участка в течение смены или ра-бочего дня. В отдельных случаях допускается оставлять на несколько часов соединения, заваренные на 70. 75 % расчетной толщины шва. Не рекомендуется начинать сварку соединений, которые не могут быть закончены в течение рабочего дня или смены.
Таблица 15–Рекомендуемые режимы сварки стыковых соединений без скоса кромок
Режим сварки высокопрочных сталей под флюсом, в защитных газах и покрытыми электродами не должен выходить за пределы рекомендуемых диа-пазонов в зависимости от толщины металла и температуры предварительного подогрева (табл. 15).
Погонную энергию сварки рассчитывают по формуле
где QCB – погонная энергия сварки, кДж/см;
1 – сварочный ток, A; Un – напряжение на дуге, В;
VCB – скорость сварки, см/с;
эф – эффективный КПД.
Эффективный КПД при расчетах устанавливают в соответствии с применяемыми способами сварки: 0,9 – под флюсом, 0,75 – в углекислом газе и 0,65 – покрытыми электродами.
При обрыве дуги необходимо тщательно зачистить кратер от шлака и только после этого снова возбуждать дугу. При смене электрода и окончании валика обрывать дугу следует после заполнения кратера металлом.
После наложения каждого валика и выполнения шва в целом металл шва и околошовную зону тщательно зачищают от шлака и брызг металла. Валики последнего слоя шва должны иметь плавное сопряжение между собой и с поверхностью основного металла.
При двусторонней сварке стыковых соединений первый шов рекоменду-ется накладывать со стороны, противоположной прихваткам. Если по условиям сборки и сварки прихватки необходимо ставить со стороны наложения шва, то качественно выполненные прихватки не удаляют, а зачищают от шлака и заг-рязнений, а некачественные удаляют. Сварку необходимо начинать и заканчи-вать на технологических (выводных) планках, приваренных к изделию.
Корень шва удаляют подрубкой пневматическим зубилом, фрезерованием или воздушно-дуговой строжкой. После воздушно-дуговой строжки обязатель-на механическая зачистка поверхности до металлического блеска. При воздуш-но-дуговой строжке металла толщиной свыше 18 мм применяют предваритель-ный подогрев до температуры 100° С.
Для предотвращения образования холодных трещин при сварке соедине-ний большой толщины и жесткости следует применять предварительный подо-грев. Как правило, его назначают при сварке металла толщиной свыше 20 мм. Температура подогрева 60. 100°С. При сварке металла толщиной свыше 40 мм температура подогрева 100. 150° С. Технологические участки следует свари-вать без перерывов, не допуская охлаждения сварного соединения ниже температуры предварительного подогрева. В то же время технологические участки в зависимости от толщины свариваемой стали должны быть достаточно протя-женными, чтобы не допускать перегрева сварных соединений между отдель-ными проходами выше 200. 230°С. При рациональном использовании «авто-подогрева» в случае многопроходной сварки предварительный подогрев можно использовать только лишь при выполнении первых (корневых) проходов. Наряду с предварительным весьма эффективен послесварочный подогрев, т. е. непосредственно после окончания сварки.
Стойкость сварных соединений к образованию холодных трещин может быть также повышена применением технологии сварки с «мягкими прослой-ками». Сущность этого технологического приема заключается в том, что пер-вые слои многослойного шва выполняют хменее прочным и более пластичным металлом по сравнению с последующими слоями. В отдельных случаях (жест-кие соединения большой толщины) малопрочные пластичные швы в один-два слоя накладывают в процессе заполнения разделки кромок (рис. 11).
Рисунок 11– Стыковые и тавровые соединения с «мягкими» (заштрихованные швы) прослойками
При автоматической и механизированной сварке под флюсом для выпол-нения мягких слоев могут быть рекомендованы сварочные проволоки Св-10ГА, Св-08ГС (ГОСТ 2246—70); при сварке покрыты-ми электродами – электроды УОНИ-13/ 45; при сварке в углекислом газе – проволока Св-08Г2С. После за-вершения сварочных работ в монтажных условиях сварные соединения необхо-димо укрывать асбестовой тканью или мешками с песком для обеспечения их замедленного охлаждения.
Поверхность сварных швов должна быть очищена от шлака, брызг метал-ла. Сварные соединения контролируют в соответствии с техническими требо-ваниями к сварным конструкциям.
Определение сварки как технологического процесса
Сущность технологического процесса как части производственного процесса, содержащего действия по изменению состояния предмета труда. Особенности маршрутно-операционного описания. Преимущества сварочного процесса перед соединением деталей заклёпками.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.01.2014 |
| Размер файла | 54,4 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Тема урока: «Определение сварки, как технологического процесса»
1. Общие понятия
Технологические процессы содержат описание всех выполняемых работ при изготовлении сварного изделия с указанием всех приемов, режима, последовательности выполнения операций и переходов. Основные требования к техпроцессу -- это обеспечение качества изделия и производительности, наличие всех данных для нормирования трудовых затрат и обеспечение безопасности выполняемых работ.
Технологический процесс -- это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению состояния предмета труда. К предметам труда относятся заготовки и изделия.
Технологический процесс - это совокупность последовательно выполняемых операций, образующих вместе единый процесс преобразования исходных материалов в нужный продукт.
Технологическая операция -- это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Технологические операции описываются на специальных бланках в определенной последовательности и сшиваются, образуя технологический процесс.
По степени подробности описания технологического процесса употребляется:
Маршрутное описание технологического процесса (маршрутный техпроцесс) -- это сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов.
Операционное описание технологического процесса -- это полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов, с выполнением иногда необходимых эскизов.
Маршрутно-операционное описание технологического процесса -- это сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения с полным описанием отдельных операций в других технологических документах.
По организации производства технологические процессы и операции подразделяются на:
Единичный технологический процесс -- это процесс изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства, т. е. персональный техпроцесс на конкретный сварной узел.
Типовой технологический процесс -- это процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. Например, технологический процесс изготовления гаек, болтов, пайка, сварка или зачистка группы однотипных деталей.
Групповой технологический процесс -- это процесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками, например трубопроводы гидросистем для экскаватора, разные по конфигурации, расположению гибов, разной длины, но у всех них на концах привариваются ниппели шаровые, и т. д.
Типовая технологическая операция -- это операция, характеризуемая единством содержания и последовательности технологических переходов для группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.
Групповая технологическая операция -- это операция совместного изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.
Раскрой металла -- это разделение металла на отдельные заготовки, иногда разные по форме, размерам, но одинаковой толщины -- по комплектности на одну единицу изделия, на машинокомплект.
Технологический переход -- это законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.
Технологический режим -- это совокупность значений параметров технологического процесса в определенном интервале времени работы. К параметрам режима сварки относится сила тока, диаметр электрода, скорость сварки, напряжение на дуге и т. д.
Техническое нормирование, технологическая норма -- это установление технически обоснованных норм расхода производственных ресурсов, например, расход сварочных и основных (на изделие) материалов, электроэнергии, вспомогательных материалов и т. п.
Средства технологического оснащения -- это совокупность орудий производства, необходимых для осуществления технологического процесса.
К вспомогательному сварочному оборудованию относится все то оборудование, которое напрямую не связано с образованием сварного шва или реза.
Сварка это технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сущность сварки заключается в сближении элементарных частиц свариваемых частей настолько, чтобы между ними начали действовать межатомные связи, которые обеспечивают прочность соединения. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.
Сварка - экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.
Сваркой получают изделия из металла и неметаллических материалов (стекла, керамики, пластмасс и др.). Изменяя режимы сварки, можно наплавлять слои металла различной толщины и различного состава.
Она имеет ряд преимуществ перед другими сборочными операциями при изготовлении конструкций.
Преимущества сварочного технологического процесса перед соединением деталей заклёпками заключаются:
- в безшумности работы;
- в высокой производительности труда;
- в надёжности соединений;
- в улучшении условий труда .
На специальном оборудовании в определенных условиях можно осуществлять процессы, противоположные по своей сущности процессу соединения, например огневую, или термическую, резку металлов.
Сварочное производство - это комплекс производственных процессов с широким использованием сварочной техники, образующей самостоятельную, законченную технологию изготовления сварной продукции.
Весь комплекс сварочного производства может быть разделён на шесть групп операций: 1 - заготовительные, 2 - сборочные, 3 - сварочные, 4 - отделочные, 5 - вспомогательные, 6 - контрольные.
Заготовительные операции - операции изготовления деталей сварных конструкций. При выполнении заготовительных операций применяют следующие виды обработки металлов: резку - механическую и термическую; строгание на станках; штамповку на прессах; зачистку кромок и поверхностей деталей от окалины, ржавчины, заусенцев; правку и гибку деталей на вальцах, прессах, плитах; механическую обработку крупных деталей - точение, строгание, фрезерование, сверление отверстий в них.
Сборочная операция обеспечивает правильное взаимное расположение и закрепление деталей собираемого и свариваемого изделия на плите, стеллаже, стенде или специальном приспособлении.
Кроме собственно сварочных операций к сварочным работам относятся некоторые неразрывно связанные со сваркой вспомогательные операции, например установка изделия под сварку или сварочной головки на начало шва, направление электрода вдоль стыка, поворот изделий в процессе сварки, перемещение сварщика и т.п.
К отделочным работам относятся зачистка швов, удаление металлических брызг и грата, окраска, упаковка, а также термическая и механическая обработка готовых изделий, если последние производятся в сварочном цехе.
К вспомогательным работам крановые, транспортно - подъёмные и перегрузочные операции; наладочные работы по сварочному, газорезательному и другому оборудованию; комплектование деталей и распределение работ; работы по приёму и выдаче материала и инструмента; изготовление электродов, намотка кассет сварочной проволокой; прочие вспомогательные работы, связанные с основным производством.
Контрольные работы включают комплекс контрольных операций на каждом этапе изготовления сварной конструкции, включая контроль исходных свариваемых и сварочных материалов, контроль качества заготовительных, сборочных, сварочных и отделочных операций. Контроль сварных соединений и готовой продукции.
В технологических процессах сборки, сварки описывают по переходам весь порядок работ, последовательность собираемых деталей, способ их установки и закрепления, количество и размеры прихваток, способы и средства зачистки узла, а также операции и объем контроля. Сварщик должен понимать технологический процесс и грамотно уметь читать его. Из-за неумения читать техпроцесс, в первую очередь из-за незнания особенностей обозначения сварных швов на чертежах, например при сварке прерывистых швов, часто в производстве бывает брак, причем неисправимый.
2. Технологическая классификация сварных конструкций в машиностроении
Огромное разнообразие типов сварных конструкций, выпускаемых промышленными предприятиями страны, вызвало необходимость разработать «Технологическую классификацию сварных конструкций в машиностроении». Этот документ позволил типизировать технологические процессы изготовления, приемки, испытаний и монтаж, подразделить по технологическим и другим возможностям сварочное оборудование, установки, оснастку, что позволяет разрабатывать типовые проекты сборочно-сварочных цехов и участков с типовыми технологическими процессами. Основными параметрами, которые объединяют группы сварных конструкций, являются: конструктивная форма изделия, тип заготовок, толщина, масса и марки металлов, характер сопряжения свариваемых элементов, классификация швов, тип сварного соединения, габариты изделия. В зависимости от количества общих параметров все машиностроительные конструкции подразделяются на виды, типы, классы, подклассы, группы и подгруппы. В подгруппе сварные конструкции имеют максимальное количество общих параметров. Принципиальная и рабочая технология (технологическая карта) разрабатывается на основе соответствующих ГОСТов, технических условий, правил Госгортехнадзора, Морского и Речного регистра, специальных технических условий, а также на основе отраслевых и заводских стандартов и дополнительных технических условий, зафиксированных на чертежах данного изделия.
Сварные металлоконструкции делятся по виду на решётчатые, балочные, рамные, резервуары и ёмкости, трубы и трубные конструкции, металлоконструкции тяжёлого и транспортного машиностроения и т.д.
3. Значение технологического процесса
труд сварочный заклёпка
Качество проекта технологического процесса изготовления сварных конструкций в основном определяет их технико-экономические показатели, такие, как надежность, экономичность в изготовлении и эксплуатации. В проекте технологии изготовления комплексно разрабатывают операции заготовки, сборки, сварки и контроля качества готового изделия. Рационально разработанный проект технологии должен обеспечить изготовление изделия при минимальной трудоемкости операций, минимальном расходе сварочных материалов и электроэнергии, с высоким качеством сварных соединений, при наименьших остаточных деформациях конструкции и при полном соблюдении мер по технике безопасности.
Наиболее прогрессивный способ проектирования -- одновременная разработка конструкций и технологии производства.
Принципиальная технология производства предусматривает: последовательность технологических операций, разбивку конструкции на отдельные технологические узлы или элементы, эскизную проработку специальных приспособлений и оснастки, расчеты режимов сварки основных сварочных операций, расчеты ожидаемых сварочных деформаций, сравнительную технико-экономическую оценку разработанных вариантов технологии.
После окончательного утверждения технического проекта и принятого варианта технологии выполняют рабочее проектирование конструкции и составление рабочей технологии.
4. Состав рабочей технологи
Рабочая технология включает:
- уточнения и изменения принципиальной технологии, связанные с изменениями конструкции на этапе рабочего проектирования;
- разработку технологических карт с указанием всех параметров режимов сварки, применяемых сварочных материалов и оборудования;
- краткие описания технологических приемов выполнения отдельных технологических операций;
- требования к точности и качеству сварных конструкций на отдельных этапах ее изготовления;
- указания методов проверки точности и контроля качества соединений, узлов и готовой конструкции.
Одновременно с разработкой рабочей технологии ведут выбор или проектирование оснастки и приспособлений.
5. Типы производства и их сущность
Выбор схемы технологического процесса определяется характером или типом производства. Различают три типа производства: индивидуальное, серийное и массовое.
Индивидуальное производство предусматривает изготовление разнообразных по назначению, форме и размерам конструкций. Партия однотипных конструкций при индивидуальном производстве состоит из одной или нескольких единиц. Особенностью индивидуального производства является отсутствие специализации рабочих мест. Переход на выпуск других конструкций требует иногда переоснащения рабочего места. Применение специализированных приспособлений в индивидуальном производстве экономически не оправдывается. Поэтому рабочие места оснащают универсальными приспособлениями, которые могут быть использованы при изготовлении различных конструкций.
При изготовлении изделий большими партиями производство является серийным. Серийное производство характеризуется изготовлением ограниченной номенклатуры продукции партиями (сериями), повторяющимися через определенные промежутки времени. В зависимости от размера серии различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства. Особенности организации серийного производства заключаются в том, что удается специализировать рабочие места для выполнения нескольких подобных технологических операций, наряду с универсальным применять специальное оборудование и технологическую оснастку, широко применять труд рабочих средней квалификации, эффективно использовать оборудование и производственные площади, снизить, по сравнению с единичным производством, расходы на заработную плату. Рабочие места при серийном производстве оснащают специализированными приспособлениями, применение которых позволяет увеличить производительность труда и повысить качество продукции. В серийном производстве заготовки обычно изготовляют более точно, поэтому объем пригоночных работ минимален.
При массовом производстве рабочие места также строго специализированы и оснащены специализированным оборудованием и быстродействующими приспособлениями. Пригоночные операции при массовом производстве отсутствуют, так как детали изготовляют с жесткими допусками. При массовом производстве применяют механизированные поточные линии сборки и сварки, а также автоматические линии.
Сварка. Процесс сварки и его виды
Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми заготовками при их нагревании и (или) пластическом деформировании. Это позволяет в результате сварки получить непрерывность структуры соединяемых металлических изделий. Сварочные процессы применяют для изготовления разнообразных конструкций, исправления брака литья, восстановления поломанных и изношенных деталей (ГОСТ Р ИСО 857-1–2009).
Существенным преимуществом сварки является плотность швов, обеспечивающая герметичность резервуаров, котлов, вагонов-цистерн, трубопроводов, корпусов судов. Сварка позволяет соединять элементы, имеющие различную толщину, и упрощать технологию изготовления сложных узлов и конструкций. Возможность механизации и автоматизации производственных процессов, высокое качество сварных соединений и рациональное использование металла сделали сварку прогрессивным высокопроизводительным и экономически выгодным технологическим процессом.
Сущность процесса сварки заключается в возникновении атомномолекулярных связей между контактирующими поверхностями. Для этого необходимо поверхности сблизить на расстояние, соизмеримое с атомным радиусом. В реальных условиях сближению поверхностей препятствуют микронеровности, окисные и органические пленки, адсорбированные газы. Для получения качественного соединения необходимо устранить причины, препятствующие сближению контактирующих поверхностей, и сообщить атомам твердого тела некоторую энергию для повышения энергии поверхностных атомов, которая называется энергией активации. Эта энергия может сообщаться в виде теплоты (термическая активация) и в виде упругопластической деформации (механическая активация).
В зависимости от типа активации образование связей между атомами соединяемых поверхностей происходит в твердой или жидкой фазах. В соответствии с этим все способы сварки можно разделить на две основные группы: сварка пластическим деформированием (давлением) и сварка плавлением.
Сварка давлением осуществляется приложением внешней силы и сопровождается пластическим деформированием сопрягаемых поверхностей, обычно без присадочного металла. При этой сварке сближение атомов и активация соединяемых поверхностей достигаются в результате совместной упругопластической деформации. В контактирующих слоях заготовок выравниваются микронеровности, разрушается адсорбированный слой и увеличивается число активных центров взаимодействия, атомы активизированных поверхностей вступают во взаимодействие, и между ними образуется металлическая связь.
Методы сварки давлением разделяются на две подгруппы – термомеханические и механические.
Сварку давлением можно проводить:
- без предварительного нагрева места соединения (холодная, взрывом, ультразвуковая, трением), когда применяется только механическая энергия;
- с предварительным нагревом (контактная, диффузионная, газопрессовая), когда наряду с механической, применяется и тепловая энергия от внешних или внутренних источников теплоты.
Предварительный нагрев до пластического состояния или до оплавления применяют для металлов и сплавов, обладающих повышенным сопротивлением пластическим деформациям в холодном состоянии, что затрудняет их совместное деформирование, так как требует больших давлений на единицу поверхности.
Нагрев металла при сварке давлением осуществляется либо за счет дополнительных энергетических затрат (пропускание тока, сжигание газов, индуктирование в деталях токов высокой частоты), либо за счет частичного преобразования сообщаемой энергии в тепловую.
Сварка плавлением осуществляется оплавлением свариваемых поверхностей без приложения внешней силы. Расплавляется либо только основной металл (заготовки) по кромкам, либо основной металл с дополнительным – электродным или присадочным.
Расплавленный металл заготовок с дополнительным образуют общую сварочную ванну. При этом достигается разрушение окисных пленок, покрывающих поверхность соединяемых элементов, и сближение атомов до расстояния, при котором возникают металлические связи. После кристаллизации металла образуется сварной шов, имеющий литую структуру.
Для расплавления основного и электродного (или присадочного) металлов применяют источники теплоты с температурой не ниже 3 000 °С.
В зависимости от характера источника теплоты различают электрическую и химическую сварку плавлением.
При электрической сварке плавлением источником теплоты служит электрический ток. Существуют следующие виды электрической сварки плавлением:
- дуговая, при которой нагрев осуществляется электрической дугой;
- плазменная, при которой нагрев осуществляется сжатой дугой;
- электрошлаковая, при которой нагрев и плавление металла осуществляются за счет термической энергии, выделяемой шлаком при прохождении через него электрического тока;
- лучевые способы сварки, к которым относятся лазерная и электронно-лучевая сварки. При лазерной сварке для нагрева используется монохроматический когерентный луч, а при электронно-лучевой сварке – сфокусированный электронный луч;
- газовая сварка, где в качестве источника теплоты используют экзотермическую реакцию горения горючего газа или смеси горючих газов и кислорода.
Свариваемость – свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Понятие свариваемости часто применяют при сравнительной оценке существующих и разработке новых материалов.
Свариваемость материалов оценивают степенью соответствия заданных свойств сварного соединения одноименным свойствам основного металла и их склонностью к образованию таких сварочных дефектов, как трещины, поры, шлаковые включения и др. По этим признакам материалы разделяют на хорошо, удовлетворительно и плохо сваривающиеся. Многие разнородные материалы, особенно металлы с неметаллами, не вступают во взаимодействие друг с другом. Такие материалы относятся к числу практически несваривающихся.
Свариваемость материалов в основном определяется типом и свойствами структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных металлов и сплавов в месте соединения, как правило, образуется структура, идентичная или близкая структуре соединяемых заготовок. Этому случаю соответствует хорошая свариваемость материалов.
При сварке разнородных материалов, в зависимости от различия их физико-химических свойств, в месте соединения образуется твердый раствор с решеткой одного из материалов либо химическое или интерметаллидное соединение с решеткой, отличающейся от решеток исходных материалов. Механические и физические свойства твердых растворов, особенно химических или интерметаллидных соединений, могут значительно отличаться от свойств соединяемых материалов. Такие материалы относятся к удовлетворительно сваривающимся.
Если образуются хрупкие и твердые структурные составляющие в сварном соединении, то в условиях действия сварочных напряжений возможно возникновение трещин в шве или околошовной зоне. В последнем случае материалы относятся к категории плохо сваривающихся.
Свариваемость, с одной стороны, зависит от материала, технологии сварки, конструктивного оформления соединения, а с другой — от эксплуатационных свойств сварной конструкции, которые определяются предъявляемыми к ним техническими требованиями. Это может быть одно свойство или комплекс свойств, в зависимости от назначения конструкции. Если эксплуатационные требования удовлетворяются, то свариваемость материалов считается достаточной. Если не обеспечивается хотя бы одно из этих свойств, то свариваемость материала считается недостаточной.
Для исследования свариваемости, как правило, применяют сварные образцы специальной конструкции или образцы с имитацией сварочных циклов. В результате испытания сварных образцов определяются условия появления дефектов, механические и специальные свойства соединений. Наряду с экспериментальными используют расчетные методы определения показателей свариваемости, учитывающие химический состав, тип соединения, вид, режим сварки и другие факторы.
В каждом конкретном случае основные показатели выбирают с учетом того, какие свойства и характеристики связаны с наиболее частыми отказами сварных соединений при эксплуатации.
При сварке однородных металлов в месте соединения, как правило, образуется структура, близкая к структуре соединяемых заготовок. В этом случае свариваемость оценивается как хорошая или удовлетворительная. В процессе сварки разнородных материалов в зависимости от степени их взаимной растворимости в соединении могут образовываться твердые растворы, химические и интерметаллические соединения. Механические и физические свойства соединений могут существенно отличаться от свойств свариваемых материалов. При этом высока вероятность образования несплошностей в виде трещин и несплавлений. Свариваемость в этом случае оценивается как ограниченная или плохая.
Рис. 1. Неоднородность механических свойств различных зон сварного соединения легированной стали: 1 — основной металл; 2 — шов с литой структурой; 3 — зона термического влияния
Прочность и твердость шва при сварке сплавов, как правило, ниже, чем у основного материала. Это объясняется тем, что для предотвращения образования трещин при сварке плавлением применяют менее легированный присадочный материал, чем металл заготовок. Пониженная пластичность шва также может быть обусловлена крупнокристаллической литой макроструктурой (рис. 1) и повышенным содержанием газов.
Читайте также: