Строительные материалы и изделия

Сварка металлов

Существуют два вида сварки: пластическая и сварка плав­лением.

• К пластической сварке относятся: электрическая сварка со­противлением, основанная на превращении электрической энер - гии в тепловую при прохождении тока через свариваемые детали - с ручной или машинной поковкой; термитная сварка, при кото­рой используется тепло горения термита, доводящая до пласти - I ческого тестообразного состояния кромки свариваемых де­талей.

• К сварке плавлением относятся: газовая, при которой кромки металла расплавляются теплом, получаемым при горении газа; элекродуговая, основанная на использовании тепла электриче­ской дуги для расплавления кромок свариваемых деталей; газо­дуговая, основанная на использовании тепла электрической дуги в среде защитного газа.

Для соединения стальных строительных конструкций в основ­ном применяют электрическую сварку сопротивлением или элек - тродуговую сварку, реже — газовую и термитную. Арматуру железобетонных конструкций сваривают преимущественно с помощью контактной электросварки (точечной и стыковой). При сваривании пространственных каркасов значительных раз­меров или при соединении стержней большого диаметра приме­няют электродуговую и газовую сварки.

Газовая сварка (рис. 9.5) заключается в расплавлении металла в месте стыка деталей теплом, получаемым при горении газа или жидкого топлива в смеси с кислородом. Газовую сварку применяют для соединения тонкостенных конструкций из углеродистых и легированных сталей, цветных металов и чугуна. В строительстве она имеет ограниченное применение из-за высокой стоимости по сравнению с электросваркой. В ка­честве горючих газов при газовой сварке используют ацетилен, водород, природный газ, а в качестве жидкого топлива — бензин, керосин, бензол. Наиболее дешевой и в то же время обеспечивающей высокое качество сварного шва является ацетиленокислородная сварка.

Для заполнения шва между свариваемыми деталями приме­няют присадочный металл в виде проволоки, имеющий хими­ческий состав, близкий по составу свариваемому металлу - Присадочную проволоку выпускают диаметром 1...12мм. Диа­метр проволоки подбирается в зависимости от толщины сва­риваемых деталей. В среднем диаметр проволоки должен быть равен половине толщины детали. Для улучшения качества

сварного шва. производят сварку под флюсом, который вводят в сварочную ванну. Флюсы образуют на поверхности расплав­ленного металла шлаковую пленку, защищающую расплав от окисления (образования окалины).

Электрическую сварку производят за счет тепла, выделяе­мого электрическим током. Электрическую сварку делят на свар­ку сопротивлением, или контактную, и электродуговую.

Контактная электросварка — это процесс соединения метал­лических деталей в результате местного сплавления их кромок теплом, образующимся при прохождении тока через сваривае­мые детали. При этом детали сильно прижимают друг к другу, отчего данный способ сварки называют еще электромеханиче­ским. Он в основном находит применение при изготовлении арматурных сеток, каркасов и стыковании стальных стержней. Различают следующие виды контактной сварки: стыковую,

точечную и роликовую. Последняя применяется для получения плотного соединения листовых деталей. Для соединения стерж­ней арматуры железобетона применяют стыковую и точечную сварки.

Стыковую сварку используют для продольного соединения деталей арматуры: наращивания стержней, приварки к торцу их анкеров при изготовлении арматуры предварительно напря­женных конструкций или закладных деталей.

Точечную сварку (рис. 9.6) применяют для соединения дета­лей внахлестку или в месте их пересечения. Последнее харак­терно при изготовлении сеток и каркасов арматуры железо-

Рис. 9.6. Схема точеч­ной сварки:

/ — трансформатор; 2 — электроды; 3 — сварива­емый металл

Рис. 9.7. Схема роликовой свар­ки:

/ — свариваемые листы; 2 — ро­ликовые электроды; 3 — трансфор­матор

бетона. При точечной сварке пересекающиеся стержни зажимают двумя эектродами и включают электрический ток. Так как электроды обладают более высокой электропроводностью, наи­большее сопротивление прохождению тока окажет место пересе­чения стержней, в результате чего произойдет разогрев металла деталей и сварка их. Благодаря применению тока большой силы

80.. .300 А/мм точечная сварка происходит почти мгновенно в те­чение доли секунды.

Для соединения листового металла с целью получения не только прочного, но и плотного герметичного соединения при­меняют роликовую сварку (рис. 9.7). От точечной сварки она отличается тем, что стержневые электроды в ней заменены вра­щающимися роликами, которые захватывают свариваемые листы и создают непрерывный шов. При прохождении тока металл под роликами нагревается и сваривается под давлением роликов. Наибольшая общая толщина свариваемых листов составляет 6 мм. Роликовую сварку применяют для получения прочного и плотного соединения.

При электродуговой сварке один провод от источника тока присоединяют к свариваемой детали, а второй — к электроду (металлическому стержню). При замыкании цепи между концом электрода и деталью возникает электрическая дуга, в зоне которой температура достигает 6000°С, в результате чего пла­вятся кромки деталей и электрод; металл электрода заполняет зазор между деталями и образует после затвердевания свар­ной шов. Прочность шва зависит от глубины провара.

Электроды применяют угольные (графитовые) или металли­ческие. Угольными электродами сваривают цветные металлы, производят наплавку металла или варят тончайшие стальные листы. Конструкции и арматуру сваривают металлическим электродом — стержнем диаметром 2...12 мм, покрытым спе­циальными обмазками из мела, крахмала, каолина, графита. Связующим веществом для удержания обмазки на электроде обычно служит жидкое стекло. Обмазка повышает устойчи­вость горения дуги и образует шлаковую защиту шва, предо­храняя расплавленный металл от окисления в процессе сварки.

Существует несколько типов электродов, отличающихся качест - воШ металла. Для сварки чугунов применяют электроды чу­гунные диаметром 4... 12 мм, а для сварки алюминиевых спла- вдВ — специальную проволоку из алюминия и его сплавов.

Электродуговую сварку ведут ручным и автоматическим способами.

Несмотря на большую распространенность, электродуговая сварка имеет ряд существенных недостатков: низкую скорость сварки за счет большой зоны разогрева металла, что в свою очередь вызывает коробление изделия; пористость шва и выгора­ние легирующих компонентов из сплавов во время окислитель­ных процессов: затруднение сварки металлов и сплавов с различными физико-механическими свойствами. Для устранения отмеченных недостатков в последнее время все шире получает распространение электродуговая сварка в газовой среде или под флюсом.

• К газодуговой сварке относятся атомно-водородная и аргоно­дуговая.

При атомно-водородной сварке электрическая дуга возбуж­дается между двумя вольфрамовыми электродами в среде водо­рода. Водород стабилизирует электрическую дугу и, заполняя участок свариваемого металла, не дает возможности кислороду и азоту воздуха окислять расплавленную массу сварочного шва. Кроме того, молекулярный водород, проходя через область дуги с высокой температурой, расщепляется на атомы, забирая на это большое количество тепла, а подходя к нагреваемому метал­лу, где температура много ниже, чем у дуги, атомы водорода соединяются в молекулу, отдавая взятую ранее теплоту непо­средственно нагреваемому участку шва. Атомно-водородная сварка обеспечивает получение шва высокого качества; ее при­меняют при сварке тонкостенных конструкций из легированных и высокоуглеродистых сталей.

При аргонодуговой сварке электрическая дуга возбуждается между вольфрамовым электродом и деталью в защитной среде аргона. В качестве присадочного материала берут металл сва­риваемого изделия. Аргонодуговая сварка обеспечивает получе­ние шва высокого качества и защиту наплавляемого металла от воздуха. Применяют ее для сварки нержавеющих сталей, окалиностойких магниевых и алюминиевых сплавов, а также соединений, обладающих высокой антикоррозионной стойкостью.

• В строительстве широко применяют газовую резку металлов, принцип которой заключается в нагревании металла до темпе­ратуры воспламенения в среде кислорода, сжигании его и выду­вании образовавшихся оксидов струей кислорода. Железоугле­родистые сплавы, содержащие до 0,7% углерода, имеют темпе­ратуру горения ниже температуры плавления и хорошо подда­ются резке. С повышением содержания углерода более 0,7 % тем­пература горения приближается к температуре плавления и сплавы плохо поддаются резке. Для высоколегированных сталей

и чугунов применяют флюсокислородную резку. Медь И алюми ний, температура горения которых выше температуры плавления резке не поддаются. Газовую резку производят вручную или ё помощью машин, полуавтоматов и автоматов.

• Структура металла в зоне нагрева при сварке значительно меняется. При сварке углеродистых сталей металл нагревается до температур выше критических, т. е. переходит в аустени - товую структуру, и в процессе последующего охлаждения в зоне термического воздействия металл перекристаллизовывается и образует новую структуру в зависимости от скорости охлаж­дения. Свариваемость металла при одном и том же виде сварки зависит главным образом от химического состава, свойств свариваемых металлов, применяемых электродов, а также режи­ма сварки и термической обработки до и после сварки. Окисле­ние отдельных элементов (например, углерода) может дать газообразные продукты и вызвать пористость шва.

Содержание углерода влияет на закаливаемость стали в зоне термического воздействия сварки. Стали с содержанием угле­рода до 0,25% свариваются хорошо. Находящиеся в сталях кремний и алюминий могут образовывать при сварке туго­плавкие оксиды, которые в наплавленном металле могут оста­ваться в виде неметаллических включений и этим снижать ка­чество сварки.

К дефектам свариваемых швов относят непровар, получаемый от неправильного режима сварки; пористость, образовавшуюся от насыщения металла газами, оксидами и шлаками; трещины в наплавленном и основном металле, возникающие от непра­вильного ведения сварки, а также пережог, получаемый от окисления при слишком большой дуге (при дуговой сварке) и при избытке кислорода (при газовой сварке). Контроль каче­ства сварных соединений производят путем внешнего осмотра, механическими испытаниями, а также при просвечивании рентге­новскими лучами и с помощью ультразвука, скорость прохож­дения которого зависит от плотности шва: чем он плотнее, тем быстрее проходит ультразвук.