Лекция N8

Сварка является ведущим технологическим процессом при изготовлении и
монтаже строительных конструкций.
Сварка - это технологический процесс получения неразъёмных соединений
металлических элементов конструкций при нагревании или пластическом
деформировании. Соединения при сварке осуществляют за счет установления
межатомных связей между свариваемыми частицами металла.
Возникновение первых простейших методов сварки относится к началу освоения
человеком металлов. Первоначально металл ковали каменными орудиями, и путем
проковки кусочков металла удавалось соединить их в более крупные куски. Так
возникла кузнечная сварка.
В дальнейшем появилась литейная сварка, при которой соединяемые детали
помещали в форму, а место соединения заливали жидким металлом. Позднее стали
добывать легкоплавкие металлы, при использовании которых появился более
удобный и производительный метод пайки. Кузнечная сварка и пайка были ведущими процессами вплоть до второй половины XIX в.
В 1802 г. профессор Санкт-Петербургской военно-хирургической академии
В.В.Петров, используя мощный гальванический элемент, открыл явление
электрической дуги. Он также указал возможные области ее применения. Независимо от В.В.Петрова, но несколько позже (1809 г.), электрическую дугу получил
английский физик Г.Деви.
В 1881 г. русский изобретатель Н.Н. Бенардос предложил способ прочного
соединения металлов непосредственным действием электрического тока и на
практике осуществил сварку и резку металлов электрической дугой с помощью
угольного электрода. Ему также принадлежит много других важных изобретений
в области сварки (спирально-шовные трубы, порошковая проволока и др.).
Сущность способа сварки, предложенной Н.Н. Бенардосом, заключалась в
следующем:
- к свариваемому металлу он присоединил один полюс динамо-машины, а к
угольному электроду другой;
-между электродом и свариваемым металлом возникала электрическая дуга;
- в электрическую дугу он вводил металлический присадочный пруток;
- присадочный пруток, расплавлялся и заполнял зазор, образовывая сварной
шов.
Однако сварной шов не был защищен от кислорода воздуха и получался низкого
качества.
Электрическая дуговая сварка получила дальнейшее развитие в работах
Н.Г.Славянова В 1888 г. Н.Г. Славянов изобрел электродуговую сварку
плавящимся металлическим электродом. В отличие от способа, предложенного
Н.Н. Бенардосом, он заменил угольный электрод плавящимся металлическим.
Сущность способа, изобретенного Н.Г. Славяновым, заключалась в следующем:
- к свариваемому металлу он присоединил один полюс динамо-машины, а к
металлическому электроду другой;
-электрическая дуга, возникала между металлическим электродом и
свариваемым металлом;
-металлический электрод, расплавляясь в электрической дуге, заполнял зазор и
образовывал сварной шов.
Славянов пытался защитить металл шва дробленым стеклом и тем самым указал
на возможность сварки под флюсом.
Дальнейшее развитие электрической дуговой сварки несколько замедлилось в
связи с появлением газовой сварки кислородно- ацетиленовым пламенем.
Вначале XX в. этот способ обеспечивал более высокое качество сварочных швов,
чем дуговая сварка голым электродом.
В качестве источников нагрева использовалось тепло пламени смеси газов,
сжигаемых с помощью горелки. Пламя горелки расплавляет кромки свариваемого
металла и присадочный металлический пруток, которые образуют сварочную
ванну. Этот способ обеспечивал более высокое качество сварочных швов, чем
дуговая сварка голым электродом и поэтому в этот период газовая сварка являлась
основным способом сварки.
Сущность способа газовой сварки кислородно-ацетиленовым пламенем,
заключался в следующем:
- место соединения кромок свариваемого металла и присадочный металл
нагреваются теплом сварочной горелки, образовавшемся при сжигании ацетилена
в смеси и кислородом;
- в месте нагрева соединения кромок свариваемого металла образуется
сварочная ванна;
- в сварочную ванну добавляется расплавленный металл присадочного прутка
для образования металла шва.
Газовую сварку широко применяют в настоящее время во многих отраслях
промышленности при сварке цветных металлов, при сварке изделий из
тонколистовой стали и др.
Газовую сварку классифицируют по виду применяемого газа:
- ацетилено-кислородная;
- керосино-кислородная;
- бензино-кислородная
- пропанобутаново-кислородная;
- водородо-кислородная и др.
Положение изменилось, когда в 1907 г. шведский инженер О.Квальберг
применил металлические электроды с нанесенным на их поверхность покрытием.
Это покрытие предохраняло металл шва от вредного воздействия воздуха
(окисление и озонирование) и стабилизировало горение дуги. Применение
покрытых электродов обеспечило резкое повышение качества сварных соединений. Ручная электродуговая сварка плавящимся электродом начала
широко применятся на заводах США, Англии и других стран.
Кла
ассифик
кация сп
пособов сварки
Все перечислен
нные выш
ше способбы сваркки можно
о квалиф
фицироватть по двуум
основным
о
м признаккам:
- по сосстоянию металла
м
в сварочноой ванне
- по вид
ду энерги
ии для наггрева метаалла.
ной ваннее различаают:
1. По соостоянию
ю металла в сварочн
- свар
рку плавллением;
- свар
рку давлеением.
Сварку плавлениием осущеествляют нагревом
м кромок соединяеемых часттей металлла
и электродного метталла до расплавл
р
енного со
остояния с образовванием об
бщей ванн
ны
жидкого
ж
металла.. При кристалли
к
изации (ззатверден
нии) распплавленный метаалл
сварочной
с
й ванны образуетт прочноое соедин
нение, имеющее единую структурру.
Основным
О
ми источ
чниками тепла яввляются электрич
ческая дууга, газовое плам
мя,
лучевые
л
и плазмен
нные исто
очники.
Классификация основных
х способоов сварки плавлени
ием предсставлена на
н рис.1.
фикация оссновных способов
в сварки пплавлениеем
Рис. 1. Классиф
Сваркуу давлени
ием осущ
ществляютт с использованием механнической энергии и
давления.
д
. Сваркаа давлен
нием исп
пользует пластич
ческие ссвойства материаала
соединяем
с
мых деталлей, при этом
э
нагррев играеет второсттепенную
ю роль или
и совсем не
применяе
п
тся. Соед
динение элементовв осущесттвляется под
п дейсттвием мех
ханическоого
усилия,
у
вы
ызывающ
щего пласттическую
ю деформаацию в зо
оне их коннтакта.
Классификация основных
х способоов сварки давлениеем предсттавлена наа рис.2.
Рис. 2.. Классиф
фикация оосновных способов
в сварки ддавлением
м.
Можноо выделитть третью
ю группу - термом
механичеескую, в ккоторой использую
и
ют
как
к
теплловую, так и механичческую энергию
ю. Так при вссех вид
дах
электроко
э
онтактной
й сварки
и (рис.11.4 и 1.5) используютт нагревв металлла
ское обж
электриче
э
еским тооком и механичес
м
жатие соединенияя до плаастическоого
состояния
с
я.
При теермомехаанической
й сварке м
металл нагреваютт до пласттического
о состоян
ния
за
з счет ввысокого электри
ического сопротиввления зоны конт
нтакта, а затем под
п
действием
д
м механи
ического усилия, пластичеески деформируеттся в еди
иное целлое
соединени
с
ие.
2. По виду энерргии для нагрева м
металла различаютт:
- эле
ектрическкую
сваарку
(ддуговую,
электрошлаковвую,
импульсн
и
ную и др.)).
- холодную сва
арку (тольько осадоччным даввлением);
- меха
аническую
ю сварку (сварку
(
тррением);
- хими
ическую сварку
с
(го
орновую, газовую, термитну
ую);
контактну
к
ую,
Напри
имер, при газовой сварке
с
используютт энергию
ю горенияя горючих
х газов ацетиллена, газоов - заменителей (п
пропана, метана,
м
во
одорода и т.д.) или
и паров
горюччих жидкоостей (бен
нзина и кееросина) в кислоро
одной атм
мосфере.
3. По сспособу защиты
з
металла швва различ
чают:
- сварк
ку в воздуухе;
- сварк
ку под фллюсом;
- сварк
ку в средее защитны
ых газов;
- сварк
ку в вакуууме и т.д..
Электродуговая сварка плавлением является наиболее часто применяемым
видом сварки при изготовлении и монтаже сварных строительных металлических
конструкций.
Электродуговую сварку можно классифицировать следующим образом:
1. По роду тока сварки:
- сварка на переменном токе;
- сварка на постоянном токе.
2. По виду полярности тока при сварке на постоянном токе:
- сварка на прямой полярности (минус - на электроде; плюс - на свариваемой
детали);
- сварка на обратной полярности (плюс - на электроде; минус - на свариваемой
детали).
3. По типу используемых электродов:
- плавящимся металлическим электродом или электродной проволокой;
- неплавящимися электродом (вольфрамовым или угольным).
4. По способу защиты зоны сварки от вредного воздействия воздуха:
- сварка штучными плавящимися электродами с покрытием,
- сварка под флюсом,
- сварка в среде защитных газов (инертных или активных)
- сварка самозащитными порошковыми проволоками.
5. По степени механизации:
- ручная дуговая сварка штучными электродами;
- полуавтоматическая сварка (механизированная) в среде углекислого газа или
под флюсом;
- автоматическая сварка под флюсом.
При сварке листов больших толщин применяют электрошлаковую сварку или
электрошлаковый переплав, а также сварку с порошкообразным присадочным
металлом. Порошкообразный присадочный металл засыпают в зазор между
свариваемыми элементами перед сваркой, а затем варят автоматической сваркой
при больших токах 1200 А и более. Порошкообразным присадочным металлом
служит мелко нарубленная сварочная проволока (обычно низшего качества). В
некоторых случаях применяют электроконтактную точечную сварку (в
соединениях элементов ферм) и стыковую сварку оплавлением (при сварке стыков
арматуры).
Электрошлаковая сварка позволяет полностью отказаться от пакетов, заменив
их толстыми листами в сплошностенчатых конструкциях. Основным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки деталей практически
неограниченной толщины в один слой без обработки кромок. Вследствие симметричного расположения свариваемых кромок отсутствуют угловые деформации от
сварки. Электрошлаковую сварку обычно применяют для сварки деталей
толщиной свыше 45 мм.
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СВАРКИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Ручная дуговая сварка
При ручной дуговой сварке подачу электродов и перемещение дуги вдоль
свариваемых кромок производят вручную.
Ручная дуговая сварка является одним из самых распространенных видов
сварки, отличающихся простотой и мобильностью применяемого оборудования.
Ею можно выполнить швы во всех пространственных положениях, недоступных
для механизированной и автоматической сварки.
Преимущества и недостатки ручной дуговой сварки
Основными преимуществами ручной дуговой сварки являются:
- простота и мобильность оборудования;
- возможность применения сварки на монтаже и в труднодоступных местах, где
механизированные и автоматизированные способы сварки не могут быть
применены;
- экономичность.
Существенными недостатками ручной дуговой сварки являются:
- низкая производительность процесса;
- частые обрывы дуги и вынужденная заварка кратеров из-за замены электродов;
- малая глубина проплавления сварных швов;
- зависимость качества сварного шва от квалификации сварщика.
. Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертного газа
Сварка неплавящимся электродом в среде инертного газа позволяет получить
швы высокого качества в соединениях из нержавеющей стали, сплавов алюминия,
титана, меди и циркония.
Преимущества и недостатки ручной дуговой сварки неплавящимся
электродом в среде инертного газа
Основными преимуществами сварки неплавящимся электродом в среде
инертного газа являются:
- высокая производительность процесса сварки;
- отсутствие покрытий и флюсов, усложняющих аппаратуру и процесс сварки;
- возможность сварки высокопрочных и нержавеющих сталей, высокопрочных
и цветных металлов;
- малая зона теплового влияния и, как следствие, уменьшение сварочных
деформаций;
- возможность сварки разнородных металлов;
- возможность сварки металлов малой толщины;
- возможность сварки металлов разной толщины.
Основными недостатками ручной дуговой сварки являются:
- возможность нарушения газовой защиты при сдувании струи газа движением
воздуха;
- невозможность сварки под открытым воздухом;
- необходимость применения защитных мер против тепловой и световой
радиации дуги;
- зависимость качества сварного шва от квалификации сварщика.
Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа
При полуавтоматической сварке подача проволоки механизирована, а
перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производят вручную. Поэтому
этот вид сварки иначе называют механизированной сваркой.
Преимущества и недостатки полуавтоматической сварки
в среде углекислого газа
Основными преимуществами полуавтоматической сварки в среде углекислого
газа являются:
- высокая производительность труда (в 2-3 раза выше ручной дуговой сварки);
- возможность сварки в различных пространственных положениях, а также
сварки на весу без подкладки;
- возможность наблюдения за ходом сварки и горением дуги, которая не
закрыта флюсом;
- отсутствуют необходимость подачи флюса и использования приспособлений
для подачи и отсоса флюса, усложняющих сварочное оборудование;
- хорошее использование тепла сварочной дуги, вследствие чего обеспечивается
высокая производительность и скорость сварки;
- высокое качество сварных швов и соединений;
- низкая стоимость углекислого газа;
- отпадает необходимость в зачистке швов от шлака и остатков флюса, что
особенно важно при многослойной сварке;
- возможность выполнения швов в труднодоступных местах;
- малая зона термического влияния;
- хорошая защита зоны сварки от кислорода и азота воздуха.
Недостатками полуавтоматической сварке в среде углекислого газа являются:
- возможность нарушения газовой защиты при сдувании струи газа движением
воздуха или при забрызгивании сопла;
- невозможность сварки под открытым воздухом;
- необходимость применения защитных мер против тепловой и световой
радиации дуги;
- потери металла на разбрызгивание;
- наличие газовой аппаратуры (баллоны, газовые редукторы, водяное
охлаждение);
необходимость хорошей вентиляции помещений сварочного цеха, т.к.
углекислый газ, будучи тяжелее воздуха, скапливается в рабочей зоне сварочного
цеха.
-
Автоматическая сварка под флюсом
При автоматической сварке подача проволоки и перемещение дуги осуществляется
автоматически сварочным трактором.
Преимущества и недостатки автоматической сварки
Основными преимуществами автоматической сварки являются:
- снижение трудоемкости за счет автоматизации процесса сварки;
- высокая производительности труда, которая в 5-10 раз выше по сравнению с
ручной дуговой сваркой. Это достигается благодаря большой силе тока, в
результате чего резко возрастает глубина проплавления и появляется возможность
сварки элементов большой толщины без разделки кромок за один проход;
- снижение трудоемкости работ по разделке кромок. При высоких значениях
сварочных токов за один проход сваривают элементы большой толщины;
- снижение расхода сварочных материалов за счет снижения потерь на угар и
разбрызгивание, а также отсутствием потерь на огарки электродов. При ручной
сварке эти потери достигают 20+30%, в то время как при автоматической сварке
под флюсом они не превышают 2+5%;
- высокое качество металла шва и сварного соединения в целом. Высокому
качеству металла шва и сварного соединения способствует надежная защита зоны
расплавленного металла от взаимодействия с кислородом и азотом, легирование
металла шва, увеличение плотности металла при медленном охлаждении под
слоем застывшего шлака. В результате этого улучшается форма шва,
стабилизируются его размеры по длине и ширине, обеспечивается постоянным его
химический состав. Уменьшается вероятность образования дефектов в сварном
шве;
- облегчение условий работы сварщика и повышение культуры производства.
При автоматической сварке дуга закрыта слоем шлака и флюса, выделение
вредных газов и пыли не значительное, поэтому нет необходимости в защите
зрения и лица сварщика от воздействия излучений дуги (рис.В.21 и В.22) , а для
вытяжки газов достаточно естественной вытяжной вентиляции;
- экономия электроэнергии при автоматической сварке за счет более
рационального использования тепла сварочной дуги. Затраты электроэнергии при
автоматической сварке уменьшаются на 30-40 % по сравнению с ручной дуговой
сваркой.
Основными недостатками автоматической сварки являются:
- повышенная жидкотекучесть расплавленного металла и флюса, поэтому
сварка возможна только в нижнем положении или с небольшим уклоном не более
10-150;
- при увеличенном зазоре возможно вытекание расплавленного металла и флюса
и образование в шве дефектов;
невозможность применения автоматической сварки в коротких швах и
труднодоступных местах;
- ограниченная маневренность сварочных автоматов и производство сварки
главным образом в нижнем положении.
-
При сварке строительных конструкций для повышения производительности и
качества работ следует применять следующие приспособления и
вспомогательное оборудование: кантователи, манипуляторы, позиционеры,
стенды-кантователи, консольные установки.
В и д ы р а з д е л к и к р о м о к свариваемых деталей и зазоры между ними
зависят от толщины свариваемого металла, способов сварки и видов сварных швов
(стыковые, угловые). Разделка кромок и зазор между кромками должны
обеспечить полный провар по всей толщине соединений.
Стыковые швы без разделки кромок имеют наименьший объем наплавленного
металла и могут быть применены при ручной сварке для деталей толщиной до 6—
8 мм, при полуавтоматической сварке в углекислом газе— до 10 мм, а при
автоматической сварке под флюсом — до 30 мм. При электрошлаковой сварке
кромки деталей любой толщины не обрабатывают и варят при зазоре 20—30 мм.
У-образную разделку кромок рекомендуется применять при ручной сварке
деталей толщиной от 8 до 30 мм, при сварке деталей в среде углекислого газа толщиной 12—24 мм и при автоматической сварке под флюсом толщиной более 30
мм.
Х-образная разделка является двухсторонней.
Х-образная разделка применяется для стыков, которые в процессе сварки можно
кантовать. При Х-образной разделке стыковые швы имеют меньший объем наплавленного металла, а обработка таких кромок требует больших затрат труда, чем
при У-образной разделке.
С в а р к а с т а л ь н ы х к о н с т р у к ц и й и л и отд е л ь н ы х у з л о в
должна
производиться
пос л е
проверки
правильности
сборки.
Техника безопасности при сварке
При
выполнении
сварочных
работ
возможны
следующие
виды
производственного травматизма:
- отравление организма вредными газами, пылью и парами, возникающими при
сварке;
- поражение зрения лучами электрической дуги;
- ожоги открытой поверхности кожи каплями расплавленного металла и шлака;
- поражение электрическим током;
- поражения при взрывах баллонов с защитным газом, кислородом, или другой
тары для хранения взрывоопасных жидких и газообразных веществ;
- поражения при пожарах во время проведении сварочных работ.
Защита от вредных газов и аэрозолей
Для защиты сварщиков от вредного воздействия сварочных аэрозолей
необходимо применять общую и местную вентиляцию.
Защита зрения и кожи лица
Для защиты лица и глаз от воздействия излучений лучистой энергии
электрической дуги, а также искр и брызг расплавленного металла сварщики
должны быть обеспечены щитками, масками или шлемами.
В щитках или масках имеется смотровое отверстие, в которое вставляют
специальное
стекло-светофильтр,
задерживающее
инфракрасные
и
ультрафиолетовые лучи и снижающее яркость световых лучей дуги. Оптическую
плотность (степень затененности) светофильтра подбирают в зависимости от
мощности сварочной дуги. В последнее время все чаще применяют стеклофильтры
- хамелионы, самостоятельно меняющие оптическую плотность в зависимости от
степени освещенности.
Для предотвращения от загрязнений и брызг расплавленного металла
светофильтр закрывают снаружи обычным бесцветным сменным стеклом, которое
легко заменяют по мере загрязнения или налипания брызг расплавленного
металла.
После сварки при зачистке сварного шва от корки шлака используют очки с
прозрачными стеклами, во избежание попадания осколков шлака и пыли в глаза.
Защита от тепловых ожогов
Для защиты тела от ожогов сварщики должны использовать брезентовые
костюмы, брезентовые рукавицы и кожаную или валяную обувь. Брюки должны
быть гладкими, без отворотов, с напуском поверх ботинок. Рукавицы должны
надеваться с напуском на рукава. Одежда должна быть прямой из плотной ткани
без складок.
Тепловой ожог можно также получить, если взять голыми руками только что
сваренное изделие. Поэтому брать голыми руками только что сваренное изделие
запрещается.
Защита от поражений электрическим током
Поражения электрическим током возникают вследствие:
- неисправностей сварочного оборудования;- неисправностей сети заземления;
- неправильного подключения сварочного оборудования к электрической сети;
- неисправности электропроводки;
- неправильного ведения сварочных работ.
Защита сварщиков и их окружения от световой и тепловой инсоляции
Для защиты окружения от световой и тепловой инсоляции предусматриваются
ограждения сварочных постов со стороны других рабочих мест или проходов. Для
этой цели могут использоваться защитные экраны, защитные сварочные жалюзи и
занавески. Их изготавливают из защитного маловоспламеняемого материала,
толщиной 0,8-1 мм, разных цветов и оттенков. Для лучшей вентиляции защитные
экраны, жалюзи занавески не доводят до пола на 200-250 мм.
При организации стационарных сварочных постов наиболее предпочтительно
использовать сварочные защитные перегородки. Они представляют собой
трехслойную конструкцию. Ограждающие слои выполнены из листовой стали.
Средний слой - звукопоглощающая кассета с нанесенным порошковым покрытием,
предотвращающим проникновение ультрафиолетового излучения. Защитные
перегородки снижают также уровень звуковой нагрузки. Из защитных перегородок
образуют сварочные кабины или боксы (рис. В.10).
Предупреждение взрывов
При неправильном хранении, транспортировке или использовании газовых
баллонов возможны их взрывы.
Хранить баллоны необходимо в специальных помещениях в вертикальном
положении в закрепленном состоянии.
При транспортировке баллонов со сжиженным газом недопустимы толчки и
удары, поэтому транспортные средства должны быть снабжены рессорами. При
транспортировке на вентилях баллонов должны быть заглушки и
предохранительные колпаки. При разгрузке не допускается сбрасывать баллоны,
ударять их друг о друга и переворачивать их вентилями вниз.
Не допускается нагрев баллонов солнечными лучами и другими источниками
тепла. Запрещается отогревать замерзшую влагу в редукторах баллонов открытым
пламенем.
Пожаробезопасность при проведении сварочных работ
При дуговой электросварке и особенно резке брызги расплавленного металла
разлетаются на значительные расстояния, что вызывает опасность пожара.
Поэтому сварочные цеха (посты) должны сооружаться из негорючих материалов.
В местах проведения сварочных работ не допускается скопление смазочных
материалов, ветоши и других легковоспламеняющихся материалов.
Для быстрой ликвидации очагов пожаров вблизи места сварки всегда должны
быть емкости с водой или песком, лопата, а также ручной огнетушитель.
Пожарные рукава, краны, стволы, огнетушители должны находиться в
легкодоступном месте.
Защита сварщиков от атмосферных воздействий
Для защиты сварщиков от атмосферных воздействий при работе под дождем и
снегом места сварки должны быть надежно защищены от попадания влаги.
Такими укрытиями служат палатками из брезента, фанеры или других материалов.
Несущими конструкциями укрытий обычно является сборно-разборный каркас из
металлических труб. Для тентов и палаток подбирают морозоустойчивый и
огнеупорный материал с масло и водоотталкивающей с пропиткой.
В связи с повышенной опасностью сварочных работ, необходимо строго
соблюдать правила техники безопасности:
- необходимо применять общую и местную вентиляцию для защиты от
вредного воздействия сварочных аэрозолей;
- необходимо применять ручные щитки, маски или шлемы для защиты лица и
глаз от излучений сварочной дуги, а также искр и брызг расплавленного металла;
- необходимо пользоваться защитной спецодеждой из плотной ткани при
выполнении сварочных работ;
- не прикасаться голыми руками к токоведущим элементам сварочного
оборудования и оголенным проводам сварочной цепи;
- не брать голыми руками только что сваренное изделие;
- соблюдать правила пожарной безопасности.
Способы контроля качества сварных соединений
Контроль качества надо осуществлять, начиная с проверки качества
свариваемой стали, проверки подготовки сварки, заканчивая проверкой качества
полученного сварного соединения. Трудоемкость контрольных операций может
доходить до 30% от общей трудоемкости изготовления сварной конструкции.
Качество сварных соединений контролируют в процессе изготовления
следующими методами контроля, которые по воздействию на материал делятся на:
- разрушающие методы;
- неразрушающие методы.
По времени действия виды контроля делятся на:
- предварительные методы;
- текущие методы;
- окончательные методы.
На стадии предварительного контроля проверяют качество исходных
материалов (свариваемый металл и сварочные материалы). Производят контроль
подготовки деталей под сварку и сборку узлов, а также состояния оснастки,
сварочного оборудования и приборов, квалификации сборщиков и сварщиков. На
стадии предварительного контроля выполняют испытания стали на свариваемость.
В процессе текущего контроля проверяют выполнение сварочных работ.
Проверяют соблюдение технологии и режимов сварки, зачистку промежуточных
швов, заварку кратеров и т.д.
При окончательном контроле готовых сварных конструкций проверяют
соответствие размеров и формы сварного соединения требованиям,
предъявляемым к изделию. Кроме того проверяют наличие дефектов сварного шва.
При окончательном контроле готовое сварное соединение подвергают внешнему
осмотру. Внешний осмотр позволяет выявить наружные дефекты шва. Осмотр
производят невооруженным глазом или с помощью лупы. Размеры сварных швов
проверяют шаблонами и измерительным инструментом. Остаточные деформации
сварных конструкций проверяют также измерительными приборами.
Для определения качества и прочности сварного шва изделие подвергается
металлографическим и механическим испытаниям. Химический состав металла
шва и околошовной зоны определяют на основе химического анализа.
Металлографические испытания позволяют выявить качество провара и
отсутствие внутренних дефектов.
Механические испытания сварного соединения производят либо на специально
сваренных контрольных образцах, либо на образцах, вырезанных из сварного
соединения. Определяют механические характеристики, ударную вязкость и т.д.
Химический анализ позволяет определить состав основного и наплавленного
металла и его соответствие установленным техническим условиям на изготовление
сварного изделия.
Для обнаружения пор, трещин, непроваров, шлаковых включений используют
физические методы контроля качества сварных соединений, основные из
которых:
- радиационный контроль;
- ультразвуковой контроль;
- магнитный и электромагнитный контроль;
- капиллярный контроль.
При радиационном контроле проникающее излучение проходит через изделие и
затем регистрируется детектором. В связи с разной плотностью металла и
дефектов проникающие лучи ослабляются по-разному и на детекторе
изображаются соответствующие различные сигналы. При радиационном контроле
используют либо рентгеновское, либо гамма-излучение. Этими методами
обнаруживают поры, трещины, непровары, шлаковые включения. Толщина
металла, которая может контролироваться рентгеновскими аппаратами, 25 -100 мм.
Гамма-излучение обладает еще большей проникающей способностью и позволяет
контролировать металл толщиной до 350 мм. Оба метода отличаются большой
точностью, однако и рентгеновское и гамма-излучение вредны для человека.
Ультразвуковой метод контроля основан на способности ультразвуковых
колебаний проникать на значительную глубину в толщу металла и отражаться от
неметаллических включений и других дефектных участков шва. Для получения
ультразвуковых колебаний обычно используют пьезоэлементы. Пьезопластина, к
которой приложено переменное электрическое поле, излучает колебания, которые
образуют акустическое поле. В этом поле механическая энергия передается в виде
волн. При наличии несплошности (дефекта) образуется отраженное поле,
регистрируемое с помощью приемника искателя.
Ультразвуковой метод контроля позволяет обнаружить все основные дефекты
сварных швов.
Магнитные методы контроля основаны на создании неоднородного магнитного
поля с образованием потоков рассеяния в местах расположения дефектов шва при
намагничивании контролируемого изделия.
Капиллярные методы контроля используют при испытаниях сварных швов на
непроницаемость. При капиллярных методах контроля используют проникновение
веществ в поверхностные и сквозные дефекты при сварке.
Испытания сварных швов на непроницаемость выполняют в резервуарах,
газгольдерах, трубопроводах большого диаметра. Испытания сварных швов на
непроницаемость (капиллярный метод контроля) проводят ниже следующими
методами:
- испытание керосином;
- испытание сжатым воздухом;
- испытание вакуум-аппаратом;
- гидравлическое испытание.
Испытание керосином применяют для контроля сварных швов емкостей,
работающих без избыточного давления. Сварной шов с внешней стороны
покрывают водным раствором мела. Меловому покрытию швов дают просохнуть,
а затем с внутренней стороны шов смачивают керосином. Керосин просачивается
сквозь трещины и поры, а на покрытой мелом поверхности появляются темные
пятна. Время выдержки (0,5^24 ч) зависит от толщины металла и температуры
воздуха и ответственности сооружения.
При испытаниях сжатым воздухом и вакуум-аппаратом швы покрывают
мыльной эмульсией и по мыльным пузырям, образующимся в месте
проникновения сжатого воздуха, определяют наличие в них дефектов.
Гидравлическое испытание производят с целью проверки не только плотности
швов, но и их прочности. Такому испытанию подвергают сварные трубопроводы,
сосуды и резервуары для газа или жидкости, работающие под давлением. Для этой
цели их заполняют водой. С помощью гидравлического пресса создают давление, в
1,5 раза превышающее рабочее давление изделия, и выдерживают в течение
времени, указанного в технических условиях на изготовление изделия. По
истечении
и
и указанн
ного врем
мени провверяют наличие
н
потения
п
и пропуск
ков воды
ы в
швах.
ш
ТЕХ
ХНОЛОГИ
ИЧЕСКИ
ИЕ ОПЕРА
АЦИИ ДЛ
ЛЯ УСТРАНЕНИЯ
Я УСАДО
ОЧНЫХ
НА
АПРЯЖЕН
НИИ И ДЕФОРМА
Д
АЦИИ
Свароччные деф
формации
и зависяят от теехнологич
ческого процесовв сборо-сварочны
с
х работ и приняты
ых констрруктивны
ых решени
ий. Свароочные деф
формации
и
оказываю
о
ют влияни
ие на геометричеескую фо
орму изд
делия, а иногда и на егоо
несущую
н
способноость.
Остаточчные сваарочные деформац
д
ции прин
нято разд
делять наа общие и местны
ые.
Общими
О
деформаациями называют
н
т те, ко
оторые распростр
р
ранились по всем
му
элементу
э
или на большей
б
его части
и. Местны
ые дефор
рмации рааспространяются на
отдельной
о
й части элемента
э
конструукции. Вссе перечи
исленныее виды деформаци
д
ий
являются
я
следстви
ием развиттия продоольной и поперечн
ной усадкки сварны
ых швов.
К общи
им деформ
мациям от
тносятсяя:
- продольное и поперечное укоорочение конструк
кций, кооторое во
озникает в
результат
р
те продолььной и по
оперечной
й усадки всех
в
сварных швовв в констр
рукции;
- серпоовидност
ть или саблевидноость дли
инномерн
ных элем
ментов возникает в
результат
р
те прод
дольной усадки швов, расположенны
ых неси
имметрично
относител
о
льно центра тяяжести ээлемента,, а так
кже прии несим
мметричноом
располож
р
жении реб
бер жестткости, ккосынок, накладок
к. Серповвидность возникаает
также
т
при
и сварке элементов
э
в несиммеетричного
о (наприм
мер, тавроового) сеч
чения;
- грибоовидностьь и переккос полок двутавро
овых балок и колоонн. Грибовидноссть
(рис.7.5,
(
аа) возниккает в результате не равно
омерной усадки ппо сечени
ию угловы
ых
швов
ш
(углловой деф
формации
и) при дввусторонн
нем их раасположеннии. Пер
рекос поллок
возникает
в
т в реезультатее неравн
номерной
й усадк
ки (углоовой дееформаци
ии)
односторо
о
онних пояясных шввов по вы соте.
- винтообразноость или
и скручиввание дли
инномерн
ных элем
ментов возникает в
результат
р
е неправи
ильно выб
бранногоо направлеения свар
рки (когдаа швы вы
ыполняюттся
в разных н
направлен
ниях).
К местн
ным дефоормациям относят
тся:
- дефоррмации ли
истовых конструкц
к
ций в зон
не сварных швов - сердечки
и и домикии .
Сварной
С
шов в листовой конструккции сокр
ращается от сваркки, в то время как
к
окружающ
о
щий холод
дный метталл не им
меет усад
дки.
- дефоррмации отсеков
о
стенок
с
б алок и колонн
к
между
м
реебрами жесткости
ж
и хлопуны.
х
Усадка сварных
с
швов
ш
прооисходит по конту
уру отсекка, в то время
в
какк в
средней
с
ччасти стен
нки усадки
и нет и металл в эттой облассти выпуччивается.
дефоррмации в зоне шва при сваррке трубоп
проводов (корсетнность);
- дефор
рмации кольцевых
х швов в зоне при
иварки паттрубков и люков в листовы
ых
конструкц
к
циях;
и
- угловые дефор
рмации при
п
привварке реб
бер жестк
кости, коосынок, накладок
н
прочих
п
меелких элеементов, поставлен
п
нных консструктивн
но.
-
Основны
О
ые мероп
приятия
я по умееньшени
ию
с
сварочн
ных напряжени
ий и деформаци
ий
Для ум
меньшени
ия велич
чины и опасногго влиян
ния остааточных сварочны
ых
напряжен
н
ий и дееформаци
ий на рааботоспоссобность и точноость металлических
строитель
с
ьных конструкци
ий следуует при проекттированиии и изготовлени
ии
конструкц
к
ций предуусмотретьь меропри
иятия по их
и снижению.
Меропрриятия поо снижен
нию остатточных сварочных
х напряже
жений и деформаци
д
ий
разделяют
р
тся на три
и группы::
- мероп
приятия, назначаем
н
мые до свварки на стадии
с
пр
роектироввания кон
нструкций
й;
- мероп
приятия, используе
и
емые в прроцессе свварки;
- мероп
приятия, используе
и
емые послле сварки.
Мероп
приятия, назначаеемые до сварки
с
на стади
ии проек
ктирован
ния конст
трукций
До сваррки консструкций на стади
ии проекттированияя назначаают консструктивн
нотехнологи
т
ические мероприяятия, котторые в процесссе сваркии и посследующеего
ия снизятт величин
охлажден
о
ну остаточчных сваарочных напряжени
н
ий и деформаций. В
процессе
п
п
проведен
ния этих мероприят
м
тий:
- необх
ходимо компенсир
к
ровать оожидаемую величину усаддки прип
пусками на
длину
д
иш
ширину иззделия;
в
- по во
озможноссти сниж
жать катееты угло
овых шво
ов и велличину усиления
у
стыковых
с
х и угловы
ых швах;
избегать в конструкциях большого количества рядом расположенных сварных
швов и их пересечений друг с другом;
- избегать швов замкнутого контура, т.к. внутри контура при сварке образуется
выпучивание и суммирование собственных сварочных напряжений;
- располагать сварные швы и ребра жесткости симметрично относительно
центра тяжести элемента;
- ограничивать применение накладок и косынок.
7.4.2. Мероприятия, используемые в процессе сварки
В процессе сварки элементов конструкций следует:
- выполнять швы с меньшим количеством наплавленного металла;
- применять те марки электродов и сварочной проволоки, которые создают
пластичный металл шва;
- преимущественно применять швы с глубоким, равномерным проплавлением.
При этом усадка шва будет равномерной и угловых деформаций не возникнет;
- по возможности применять автоматическую и полуавтоматическую сварку,
т.к. при этих видах сварки величина сварочных напряжений и деформаций
меньше;
- использовать
сборо-сварочные
приспособления
и
кондукторы,
обеспечивающие заданную точность сборки и жесткость конструкции во время
сварки. При сварке в кондукторах величина сварочных напряжений и деформаций
снижается;
- соблюдать правильную последовательность и направление при выполнении
сварных швов. Первыми следует выполнять швы, расположенные ближе к центру
тяжести конструкции;
- уравновешивать деформации последующих швов деформациями предыдущих.
Например, деформации от сварки односторонних поясных швов в двутавровых
сварных балках с одной стороны стенки компенсируются деформациями от
приварки односторонних ребер жесткости с другой стороны стенки;
- создавать до сварки деформации обратного знака. В этом случае в
конструкции до сварки создают выгибы или другие отклонения, обратные по
величине ожидаемым сварочным.
7.4.3. Мероприятия, используемые после сварки
После сварки и последующего остывания сваренных конструкций в случаях,
когда уровень сварочных напряжений и деформаций превысил допустимый СНиП
[3], следует:
- применять холодную правку деформированных после сварки изделий.
Холодная правка производится домкратами, ударами молотка или кувалды,
прессами и т. п. На заводах металлоконструкций используют специальные
правильные установки;
- применять горячую правку деформированных после сварки изделий. При
горячей правке осуществляется местный нагрев деформированного участка
конструкции сварочными горелками до температуры пластического состояния.
При остывании на этом участке возникнут деформации обратные по величине
остаточным сварочным;
- устранять остаточные сварочные напряжения и деформации термической
обработкой готовых изделий. Если позволяют размеры и форма, то конструкции
подвергают отжигу, нормализации или высокому отпуску.
-