Практическое занятие № 2

ВЫБОР СПОСОБОВ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Цель - приобрести навыки выбора типовых и специальных способов сварки плавлением.

Общие методические указания.

Для того, чтобы решить задачу выбора способа сварки плавлением, необходимо, во-первых, знать, из чего выбирать, во-вторых, какие факторы определяют выбор, в-третьих - порядок выбора или приоритетность учета факторов и, наконец, в-четвертых, методику или алгоритм процесса выбора.

Сварка плавлением насчитывает сотни способов. Наиболее наглядно представление об их количестве обычно дает классификация. Но необходимо еще знать технико-экономические характеристики всех этих способов сварки, их преимущества и недостатки, наиболее рациональные области применения. Такая информация имеется в многочисленной справочной и другой литературе. Однако она чаще всего недостаточно систематизирована и носит описательный характер, что затрудняет поиск необходимой информации при выборе способа сварки.

В связи с этим предлагается условно разделять все способы сварки плавлением на 2 группы: типовые и специальные.

К первой группе относятся типовые универсальные способы сварки, наиболее полно разработанные и широко внедренные в производство сварных конструкций: ручная дуговая (Э), механизированная и автоматизированная в углекислом газе (УП), плавящимся электродом в инертных газах (ИП), автоматическая под флюсом (АФ), электрошлаковая (ШЭ), газовая (Г), аргонодуговая (ИН), плазменной дугой (П), электронно-лучевая (ЭЛ) и лазерная (Л).

Последние три способа позволяют сваривать металл толщиной 0,1...0,001 мм. Классификация каждого из перечисленных 10 типовых способов сварки позволяет выявить вторую наиболее многочисленную группу специальных способов сварки, которые непрерывно дополняются по мере развития сварочной технологии. Они находят более узкое применение или находятся в стадии внедрения и отражают наиболее современные достижения в сварке.

Выбор способов сварки определяют многие факторы: физические свойства материала (температура плавления и кипения, теплопроводность и др.); химический состав и свойства (химическая активность легирующих элементов); свариваемость; толщина; транспортабельность сварного изделия; положение при сварке; доступность сварки; протяженность и конфигурация соединения; возможность термомеханической обработки; точность сварного изделия; программа выпуска изделия; тип производства; материальные затраты.

В настоящее время не существует методик или алгоритмов выбора способов сварки, которые количественно учитывали бы все факторы. Рекомендуется начинать выбор способа сварки из 10 типовых, а затем его следует продолжить из числа специальных способов сварки. Решение этой задачи должно быть многовариантным, т.е. необходимо предложить не один, а несколько возможных способов сварки с указанием их приоритетности.

В качестве первого фактора предлагается интегрально учитывать химический состав и активность легирующих элементов свариваемого металла и его физические свойства.

Таблица

Количество проходов | Диапазон толщин металла, свариваемого типовыми способами сварки, мм
|  | Плавящийся электрод | Неплавящийся электрод
| Э | УП | ИП | АФ . | ШЭ | Г | ИН | П | ЭЛ | Л
Один | 1...4 | 0,8... 8 | 0,8... 8 | 2... 20 | 16... 500 | 0,2... 8 | 0,5... 4 | 0,1... 12 | 0,01.. 300 | 0,001... 3(60)
Два | 6 | 14 | 12 | 40 | - | 15 | 6 | 20 | - | -
Много | 175 | 120 | 120 | 160 | - | - | 20 | - | - | -

В дальнейшем учитываем другие факторы: положение соединения при сварке (нижнее, вертикальное, горизонтальное, потолочное), доступность сварки (с одной или с двух сторон), протяженность шва (короткий - меньше 0,5 м, средний- 0,5... 1,0 м, длинный - больше 1,0 м), конфигурация соединения (прямолинейное, кольцевое, спиральное, криволинейное) и др.

Чем больше факторов учитывается при выборе способа сварки, тем меньше остается вариантов сварки. В конечном итоге может остаться один или несколько типовых способов сварки, окончательный выбор из которых выполняется после экономического расчета.

Выбор типовых способов сварки сферического резервуара

(пример)

Установлено, что материал сферического резервуара - сталь 09Г2С (ГОСТ 19282-75) относится к группе низкоуглеродистых и низколегированных хорошо сваривающихся. Для этой группы сталей предлагаются типовые способы сварки, указанные в таблице.

Таблица

Материал | Э | УП | ИП | АФ | ШЭ | Г | ИН | П | ЭЛ | Л
09Г2С | + | + + | (+) | + + | + + | + | (+) | (+) | (+) | (+)

Примечание: «+ +» - рекомендуется предпочтительно; «+» - рекомендуется; «(+)» - рекомендуется ограниченно; «-» - не рекомендуется.

Так как сталь 09Г2С не содержит легирующие элементы Ti, A1 другие с высокой химической активностью, то из дальнейшего анализа исключаем способы дуговой сварки плавящимися (ИП) и неплавящимися (ИН) электродами в дорогостоящих инертных газах. Сталь 09Г2С не относится к тугоплавким материалам и поэтому нет необходимости в применении способов сварки с дорогостоящим оборудованием и с высокой плотностью энергии: плазменной (П), электронно-лучевой (ЭЛ) и лазерной (Л).

Таким образом, для дальнейшего анализа остаются способы ручной дуговой сварки (Э), в углекислом газе (УП), под флюсом (АФ), электрошлаковой (ШЭ) и газовой (Г). Оценим возможность их применения при сварке стали толщиной 26 и 28 мм.

Очевидно, что при такой толщине нецелесообразно применение низкопроизводительной газовой (Г) сварки (многопроходная сварка с присадкой). Из оставшихся способов электрошлаковая сварка (ШЭ) позволяет выполнить сварку металла толщиной 26...28 мм за 1 проход, автоматическая (АФ) - за 2 прохода, в углекислом газе (УП) и ручная дуговая (Э) - много проходов. Оценка количества проходов дает представление также о производительности способов сварки: чем меньше количество проходов, тем выше производительность.

Продолжаем анализ и учитываем следующий фактор - положение при сварке. Соединение № 1 (см. рис) предлагается сваривать в заводских условиях в нижнем положении. Его можно выполнить дуговой сваркой электродами (Э), в углекислом газе (УП) и под флюсом (АФ). Электрошлаковая сварка исключается, так как она позволяет сваривать только в вертикальном положении.

Соединения № 2, 3, и 4 (см. рис) рекомендуется сваривать в монтажных условиях. Соединение № 2 находится в вертикальном положении, его можно выполнить дуговой сваркой электродами (Э) и в углекислом газе (УП), электрошлаковой (ШЭ). Автоматическая сварка под флюсом обычно выполняется в нижнем положении, поэтому для данного соединения не рекомендуется.

Соединения № 3 и 4, находящиеся в горизонтальном положении, можно сваривать ручной дуговой сваркой (Э) и в углекислом газе (УП). В таблице приведены варианты типовых способов сварки с указанием приоритетности.

Таблица

Номер сварного соедин-я | Положение при сварке | Толщина, мм | Варианты типовых способов сварки
1 | Н | 26; 28 | 1)АФ;2)УП;3)Э
2 | В;ПВ | 26; 28 | 1) ШЭ; 2) УП; 3) Э
3 | ПГ | 26; 28 | 1) УП; 2) Э
4 | Г | 26; 28 |

Окончательное решение по выбору способа сварки можно будет принять после экономической оценки эффективности различных вариантов сварки, включая и специальные.