ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ РУЧНОЙ СВАРКИ

При разработке технологических процессов сварки следует со­блюдать ряд требований. В зависимости от толщины свариваемых элементов разделка кромок под выбранный способ сварки произво­дится после вырезки детали газовой резкой или механическим спо­собом (или одновременно с нею). На поверхности и непосредственно на кромках не должно находиться влаги, ржавчины, окалины, масла, краски и других спецпокрытий. Сварка должна производиться толь­ко после предварительной зачистки кромок с удалением этих загряз­нений непосредственно перед сваркой, путем зачистки наждаком, проволочной щеткой. Места зачистки и размеры зачищаемой повер­хности следует назначать в соответствии с указаниями нормативной документации. Ширина полосы зачистки на сторону после сборки стыкового соединения должна быть не менее полуширины шва (счи­тая от его оси +5,0.,.10,0 мм). Тщательной зачистке подвергаются так­же кромки после воздушно-дуговой или газовой строжки (напри­мер, строжки корня шва). Номинальные характеристики сварочного оборудования для конкретного способа сварки должны соответство­вать параметрам режима, требуемым технологическим процессам.

Сварка корпусных конструкций, как правило, должна произво­диться в закрытых отапливаемых помещениях. При сварке на откры­тых площадках место сварки должно быть защищено от осадков и ветра, свариваемые кромки очищены от снега, льда и инея на ширину 100 мм по обе стороны разделки. Кромки перед сваркой обезвожены путем протирки или прогрева газовой горелкой. Для обеспечения необходимого качества сварных швов сварочные работы можно про­изводить и при отрицательных температурах воздуха, однако для уг­леродистых и низколегированных сталей при толщине листов более 20 мм и температуре ниже -25 °С свариваемые кромки на ширине 75 мм по обе стороны их разделки должны прогреваться пламенем газовой горелки до температуры +20 °С. При понижении температу­ры ниже указанного предела сварка должна быть прекращена только после заполнения разделки кромок с одной стороны соединения и выполнения подварочного шва с другой стороны.

Перед сваркой соединений всех видов (стыковые, тавровые, уг­ловые) выбранные режимы должны быть проверены на пробных план­ках той же толщины, что и свариваемые детали. Непосредственно перед сваркой прихватки, ранее выполненные для соединения дета­лей между собой с соблюдением необходимых зазоров, должны быть осмотрены во избежание дефектов и очищены от шлака.

При сварке листов разной толщины режимы сварки следует назначать по наименьшей толщине. При сварке мест пересечения стыков и пазов для уменьшения высоты усиления шва и обеспечения провара предыдущий шов должен удаляться до получения заданной формы разделки кромок. При многопроходной сварке последующий проход должен накладывать­ся после тщательной зачистки от шлака предыдущего прохода. Заварку кратеров в местах окончания швов следует производить ручной или по­луавтоматической сваркой в углекислом газе. Причем длина шва не дол­жна превышать длину кратера в обе стороны менее чем на 15,0 мм. Швы тавровых соединений, выполняемые за один проход, должны иметь катет, не превышающий 8,0 мм. После окончания сварки швы и прилегающие к ним участки поверхности металла должны быть зачищены от брызг,

К сварке корпусных конструкций должны допускаться сварщики, выдержавшие теоретические и практические испытания, предусмот­ренные действующей нормативной документацией.

Ручная сварка, несмотря на наличие более совершенных спосо­бов механизированной дуговой сварки, еще и сейчас имеет доволь­но широкое распространение в промышленности благодаря просто­ях

те и универсальности. Так, в судостроении до последнего времени при постройке секций в цеховых условиях объем ручной сварки составлял 12...17%, а на стапеле 35...60%. Тип и марка электрода вы­бирается в зависимости от химического состава и механических свойств стали, из которой изготавливается конкретная конструк­ция, а также эксплуатационных требований, к ней предъявляемых. Выбранный тип электрода должен обеспечить равнопрочность свар­ного соединения основному металлу. Для сварки низкоуглеродис­тых сталей применяют электроды типов Э42 и Э46. Наиболее часто используются электроды типа Э46Т с рутиловым покрытием, обес­печивающие высокую технологичность и имеющие хорошие гигие­нические показатели. При сварке этих сталей электродами марок АНО-3, АНО-4, МР-1, МР-3 обеспечивается следующий уровень механических свойств металла шва: о„, > 380 МПа, о > 480 МПа;

и, I В

6 > 25%; |) > 65%; KCV >1,5 МДж/м2. Хорошие результаты дает при­менение электродов типа Э42А марки УОНИ 13/45 и УОНИ 13/55, предназначенных для сварки на постоянном токе обратной поляр­ности. Эти электроды позволяют получить металл шва, достаточно хорошо сопротивляющийся образованию горячих трещин, и широ­ко применяются на судостроительных верфях страны.

Диаметр электрода йэ = f(S) выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла по соответствующим таблицам справочника или стандарта.

Силу тока выбирают в зависимости от диаметра электрода;

Л в

где т — эмпирический коэффициент, зависящий от диаметра элект­рода (т= 40...50 для dt = 4,0...6,0 мм).

Эта формула удобна для расчета, однако условна, так как в ней ток есть линейная функция диаметра, хотя действительно нужно считать площадь сечения электродного прутка;

=jF„

где j - плотность тока, А/мм2.

Так принимают величину тока при сварке в нижнем положении; при сварке в вертикальном и потолочном положении сила тока дол­жна быть уменьшена на 15...20% во избежание стекания ванны рас­плавленного металла.

Глубина проплавления основного металла при ручной сварке от­носительно невелика (1,0...4,0 мм), и формирование шва идет в ос­новном за счет расплавления электродного металла. Ширина шва и катет таврового соединения зависят от диаметра электрода и размаха поперечных колебаний его конца при сварке.

Для хорошего формирования шва при многопроходной сварке сечение каждого прохода должно быть:

- для первого (корневого) прохода

- для последующих проходов

Фактическая площадь поперечного сечения металла, наплавляе­мого за один проход:

где ан — коэффициент наплавки, г/А-ч; у — плотность металла, г/см'.

Скорость ручной сварки по условиям хорошего формирования и утомляемости сварщика принимают в пределах 12... 16 м/ч.

Число проходов при многослойной сварке определяют по формуле

На рис. 7.2 показаны некоторые приемы при сварке протяженных и многослойных швов.

Основными показателями, характеризующими процесс расплавле­ния электрода, являются коэффициенты расплавления а и наплавки ау

где G, GH — масса расплавленного и наплавленного металла соответ­ственно за время горения дуги Г, I — сила сварочного тока, А.

Неравенство для большинства способов дуговой сварки этих коэф­фициентов объясняется потерями электродного материала на разбрыз­гивание, угар и окисление. Потери эти учитываются коэффициентом

G - С ці = к ",.Ю0.

Ср

Производительность процесса сварки относительно невелика. Ее можно определить из формулы

G>,

откуда

G„ _РРУІШ

t =

«Лв «и7, в

Значения коэффициентов ая и ар зависят от состава стержня и покрытия, рода и полярности сварочного тока и др.

Для электродов, получивших наибольшее распространение для сварки низкоуглеродистых сталей, а. = 7....13 г/А-ч, а1 = 6...12,5 г/А-ч, V - 5...25%. ”

Массу электродов, необходимых для сварки шва данной протя­женности, можно определить по формуле

6.U +

где кх — коэффициент, учитывающий массу покрытия.

Режимы ручной сварки в зависимости от толщины металла, кон­структивного оформления сварного соединения, его пространствен­ного положения и диаметра электрода выбираются по таблицам спра­вочников либо действующей нормативной документации.

Глубина проплавления основного металла в диапазоне принятых режимов сварки относительно невелика, и основную долю металла шва составляет наплавленный металл (65...75%). Основными пара­метрами режимов ручной сварки являются диаметр электрода и сила тока; скорость сварки обычно не нормируется.

В принципе, скорость ручной сварки может быть определена по формуле

v = .“н/св

збооу/<;(

однако на практике этим параметром пользуются редко, ибо на ско­рость прямолинейного перемещения ванны влияет характер попереч­ных перемещений конца электрода и конструктивные элементы раз­делки.

Напряжение дуги при ручной сварке изменяется в достаточно уз­ких пределах, оно зависит от марки электродов и рекомендуется в паспорте на них (обычно оно колеблется в пределах 18...25 В). Совре­менные электроды имеют высокую разрывную величину дуги (что позволяет варить и на более высоких напряжениях, однако это недо­пустимо ввиду ослабления газовой защиты и появления пористости в металле шва).

Производительность ручной сварки относительно невелика; она значительно зависит от погонной энергии

Ч н “ " »

Vlt

где т) — эффективный коэффициент (КПД) использования тепла дуги.

Для ее увеличения возможно увеличение сварочного тока. Однако тут встречаются два препятствия. При длине электрода 400...450 мм его стержень нагревается джоулевым теплом (при протекании по нему сварочного тока). В зависимости от типа покрытия (органическое или неорганическое) температура нагрева стержня во время его плавления должна быть ограничена температурами 400 и 700 °С соответственно, так как дальнейшее увеличение ведет к нарушению цельности покры­тия до его плавления и делает плавление стержня неравномерным. Поэтому плотность тока на конкретный диаметр электрода прихо­дится ограничивать до 10...18 А/мм2. Увеличение же диаметра элект­рода увеличивает массу системы электрод — электрододержатель — токоподводящий кабель, приводит к утомляемости сварщика и за­трудняет качественное ведение процесса.

Повышение производительности ручной дуговой сварки плавя­щимся электродом может быть осуществлено при соблюдении ряда условий. К ним относятся:

• выбор оптимальной марки и диаметра электрода с учетом кон­кретного технологического процесса;

• использование экономичных видов разделки кромок под свар­ку (уменьшение площади наплавленного металла);

• ограничение применения форсированных режимов с целью уменьшения повышенного разбрызгивания наплавляемого ме­талла (использование для этой цели прибора для контроля па­раметров режима);

• применение специальных электрододержателей для уменьше­ния длины огарка;

• использование электродов с железным порошком в покрытии (они дают увеличение коэффициента наплавки и позволяют несколько увеличить силу тока);

• применение термопеналов для прокалки и хранения электро­дов;

• использование современных выпрямителей (ВД-306Д, ВД-506Д, ВД-Зв, ВД-309, ВД-313);

• совершенствование организации труда сварщика, уменьшаю­щей непроизводительные затраты времени.

Заполнение разделки каскадным способом обеспечивает автотер­мообработку металла ранее выполненных проходов (см. рис. 7.2, б).

Механические свойства сварного соединения и металла шва, вы­полненного ручной сваркой, в основном зависят от структуры всех зон сварного соединения, которая определяется химическим соста­вом стали, характером ее термической обработки и режимами свар­ки. При ручной сварке низкоуглеродистых и низколегированных ста­лей металл шва, как правило, незначительно отличается по химичес­кому составу от основного металла. Структурные изменения в ЗТВ и металле шва лишь при высоких скоростях охлаждения способствуют некоторому увеличению прочности и снижению пластичности (рис, 7.3), что объясняется изменением строения перлитной фазы и ее количеством. Как правило, значительное увеличение скоростей охлаждения и появление зон закалки наблюдается при сварке одно­слойных угловых швов или последнего слоя многослойных угловых и стыковых швов при наложении их на уже холодные, выполненные ранее сварные швы.

Это же относится к первому корневому проходу при большой тол­щине (>50 мм) свариваемого металла. Ранее выполненные слои при многослойной сварке подвергаются действию повторного термичес­кого цикла и имеют благоприятную мелкозернистую структуру.