Практическая работа №5

Выбор сварочных материалов

Цель - приобрести навыки выбора сварочных материалов (покрытых электродов, сварочных проволок, защитных газов, сварочных флюсов' неплавящихся электродов) для типовых способов сварки.

Общие методические указания

В целом сварочных материалов выпускается около 1000 марок, из них широко применяются десятки - сотни марок. Это создает известные трудности выбора сварочных материалов, в особенности для студентов, в первые решающих подобные задачи.

Выбор сварочных материалов можно выполнять по той же общей методики, что и выбор способа сварки:

1. классификация и изучение технологических и экономических характеристик (свойств) сварочных материалов;

2. структуризация и систематизация факторов, определяющих выбор;

3. установление приоритетности учета факторов выбора;

4. освоение методики и алгоритма выбора в системе «фактор выбора - технологическая характеристика (свойство) сварочного материала».

Технологические характеристики сварочных материалов приведены в каталогах, монографиях, и справочниках.

Анализ факторов, определяющих выбор сварочных материалов, показал, что наряду с общими для всех сварочных материалов факторами существуют и специфические. Поэтому не представляется возможным использовать одну универсальную методику выбора покрытых электродов, газов, проволок, флюсов, неплавящихся электродов и т.п. Из - за ограниченного объема методических указаний нет возможности привести в полном объеме все алгоритмы выбора. В связи с этим ограничимся наиболее важными рекомендациями по выбору различных видов сварочных материалов.

Покрытые электроды предлагается выбирать по такой схеме:

1. Выбор группы или класса электродов по назначению в
зависимости от факторов: окружающей среды (атмосфера,
вода); вида обработки (сварка, наплавка, резка); группы или
классы материала (сталь, чугун, цветные металлы и сплавы и др.);

2. Выбор типа покрытия электродов в зависимости от
факторов: химической активности основного металла (низкая, средняя, высокая); свариваемости (склонность к образованию холодных трещин); степени ответственности изделия (неответственное, ответственное, особо ответственное);

3. Выбор типа электродов в зависимости от механических свойств (временное сопротивление) основного металла (только низкоуглеродистые и низколегированные стали);

4. Выбор марки электродов в зависимости от факторов: механических свойств (пластичность и ударная вязкость); положение при сварке (любое; любое, исключая «сверху в низ»; любое, исключая «сверху в низ» и потолочные; только нижние); производительности и др.

Сварочные газы рекомендуется выбирать в такой последовательности:

1. Выбор вида газа в зависимости от функционального назначения (горючий, режущей, плазмообразующий, активное вещество лазера, защитный);

2. Выбор химической активности защитного газа (активный, смесь активный + инертный, инертный) и его чистоты (особой, высокой, сорт высший, первый, второй, технический) в зависимости от химической активности
сплава и легирующих элементов (низкая, средняя, высокая);

3. Выбор формы защиты (местная струйная, общая камерная) в зависимости от химической активности свариваемого материала;

4. Выбор вида обеспечения газом (индивидуальное баллонами; централизованное по трубопроводу) в зависимости от количества и сосредоточенности сварочных постов (менее 10 постов, рассредоточенные; более 10 постов, сосредоточенные).

Сварочная проволока может применяться в виде электродной или присадочной. Общие рекомендации по выбору сварочной проволоки:

1. Выбор группы или класса сварочных проволок по назначению в зависимости от факторов: окружающей среды (атмосфера, вода, космос); вида обработки (сварка, наплавка, напыление, резка, пайка); группы или класса свариваемых материалов (сталь, чугун, цветные металлы и сплавы); группы способов сварки (плавящимся, неплавящимся электродами);

2. Выбор вида легирования сварочной проволоки (однородная, разнородная, нелегированная, легированная, с раскислителями или без них) в зависимости от факторов: свариваемости материала (стойкость против горячих и холодных трещин), легирующих свойств защиты (легирующая, нелегирующая); окислительной способности защиты (окислительная, нейтральная, восстановительная);

3. Выбор качества сварочной проволоки по содержанию примесей (например, СВ-08, Св-08А, СВ-08АА) в зависимости от степени ответственности изделия (неответственное, ответственное, особо ответственное);

4. Выбор конструкции сварочной проволоки (сплошная, активированная, порошковая, неомедненная, омедненная) в зависимости от факторов: климатических и метеорологических условий на сварочном посту (закрытое помещение, цех, открытая площадка, поле, трасса), чистоты подготовки кромок (без ржавчины, краски и т.п. или их наличие), требований к качеству поверхности шва (чешуйчатость, выпуклость или вогнутость) и механических свойств;

5. Выбор диаметра сварочной проволоки в зависимости от факторов: способа сварки (в защитных газах или под флюсом, механизированная или автоматизированная), положения при сварки (нижнее, вертикальное, горизонтальное, потолочное), режима сварки и др.

Сварочные флюсы имеют значительно отличающиеся функции в зависимости от вида обработки (сварка, наплавка, пайка, переплав, литье и др.). Поэтому рекомендации по их выбору в конкретных условиях имеют свои особенности. Тем не менее может быть полезным следующая схема выбора сварочного флюса:

1. Выбор группы флюса по назначению в зависимости от факторов: вида обработки (сварка, наплавка, пайка, переплав, литье, термообработка и др.); разновидностей конкретного вида обработки, например сварки (газовая, дуговая, электрошлаковая, дуговая под флюсом или по флюсу), группы или классов материалов (сталь, чугун, цветные металлы);

2. Выбор группы флюсов по активности (высокоактивный, активный, малоактивный, пассивный), или по химическому составу шлака (бескислородный, кислородный; высококремнистый, низкокремнистый, бескремнистый; марганцевый, бесмарганцевый); в зависимости от факторов: химической активности сварочного
материала; его основы! и легирующих элементов (низкая, средняя, высокая); степени ответственности изделий из сталей (неответственное, ответственное, особо ответственное);

3. Выбор флюса по способу изготовления (плавленый, керамический, механическая смесь) в зависимости от факторов: легированная через флюс наплавленного металла (легированный, нелегированный), чистоты кромок (чистые без ржавчины, краски, масел и др0 или, наоборот, грязные); требований к механическим и другим свойствам наплавленного металла и др.;

4. Выбор флюса по характеру изменения вязкости шлака («длинный», «короткий») в зависимости от конфигурации и положения сварного соединения (прямолинейные, нижнее; криволинейные, наклонное); мощности дуги и сварочного тока и др.;

5. Выбор флюса по строению зерен (стекло, пемза) в зависимости от скорости сварки (менее 60м/ч, более 60м/ч), типа шва (стыковой,
угловой) и его внешней формы (выпуклый, плоский, вогнутый);

6. Выбор флюса по размерам зерен (мелкий, крупный) в зависимости: от способа сварки (механизированная, автоматизированная), силы
сварочного тока (менее 500 А, более 500 А) или диаметра электродной
проволоки (≤ 2,5мм, ≥3мм).

Неплавящиеся электрод можно выбирать в такой последовательности:

1. Выбор вида неплавящиеся: электродов (уголь, графит, цирконий, вольфрам, молибден, тантал, медь) в зависимости от химической активности газовой или иной защитной среды ( нейтральная, восстановительная:);

2. Выбор марки вольфрамового электрода (чистый, активированный
оксидами тантала, иттрия или тория) в зависимости от групп
материала (Fe, Ni, Cu; Ti, Nb, Mo, Al, Mg) и род тока (постоянный,
переменный);

3. Выбор диапазона диаметров вольфрамовых электродов (менее б мм,
более 6 мм) в зависимости от способа сварки (поверхностная душ,
погруженная), сила сварочного тока (менее 500 А, более 500 А).

Выбор покрытых электродов (пример)

Рассмотрим выбор покрытых электродов для ручной дуговой сварки соединения №2 сферического резервуара.

Выбор группы электродов по назначению

Сферический резервуар сваривается в обычных земных условиях. Стать 09Г2С относится к группе низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Поэтому поиск электродов следует вести: по каталогу.

Выбор типа покрытия электрода

Сталь 09Г2С можно отнести к материалу с низкой химической активностью. С этой точки зрения нет ограничения по выбору покрытия, т.е. можно взять рутиловое, основное и др.

Т.к. при максимальном содержании легирующих элементов и примесей появляется склонность к образованию холодных трещин, то желательно выбрать покрытие, обеспечивающее низкое. содержание водорода в шве (Н2<10 см3 на 100 г металла). Кроме того, уже установлено, что сферический резервуар относится к особо ответственному изделию. Поэтому следует выбрать электроды с основным типом покрытия.

Выбор типов электродов

Т.к. сталь 09Г2С имеет временное сопротивление σв ≥ 45кг\мм2, то по каталогу находим ближайшие, прочности типы электродов Э46 и Э46А. Из них тип Э46 можно сразу исключить т.к. этот тип электродов выпускается с рутиловым или кислым покрытием.

Выбор марки электродов

В каталоге сварочных материалов, выпускаемых странами СЭВ, для типа Э46А находим электроды марки: УОНИ 13/55К. Они обеспечивают требуемые механические свойства при отрицательных температурах до -40˚С и позволяют сваривать вертикальные швы «снизу вверх»

Выбор защитного газа (пример)

Рассмотрим пример выбора защитного газа для дуговой сварки плавящимся электродом соединений №2, 3 и 4 сферического резервуара.

Основной металл сталь 09Г2С относится к материалам с низкой химической активностью. Поэтому вполне допускается выбор активного газа СО2 и струйной формы защиты.

Учитывая особо ответственное назначение изделия, следует выбрать сварочный углекислый газ первого сорта, имеющий более низкое содержание влаги, чем пищевая углекислота.

В монтажных условиях сварки сферического резервуара сварочный пост не может быть стационарным. Поэтому целесообразно индивидуальное снабжение СО2 баллонах.

Выбор сварочной проволоки (пример)

В качестве примера выберем сварочную проволоку для дуговой сварки в CО2 соединений №2, 3 и 4 сферического резервуара.

Для сварки низколегированной стали 09Г2С необходимо прежде всего искать сварочную проволоку в аналогичной группе (классе) из низколегированных сталей.

Т.к. сталь 09Г2С не имеет склонности к образованию горячих трещин, то сварочная проволока может быть однородной и близкой по составу к основному металлу.

Углекислый газ не легирует металл шва и, наоборот, вызывает их окисление. Поэтому проволока должна содержать необходимое количество легирующих и раскисляющих элементов. В каталоге сварочных материалов стран СЭВ выбираем сварочную проволоку СВ - 08Г2С (ГОСТ 2246 - 70).

Т.к. сварка ведется в монтажных условиях на открытой площадке, то желательно выбрать проволоку с омедненной поверхностью, чтобы исключить атмосферную коррозию (ржавление).

Выбор сварочного флюса (пример)

При изготовлении сферического резервуара предлагается сваривать блоки из 2 лепестков (соединение №1) в заводских условиях автоматической сваркой под флюсом.

Выберем сварочный флюс для автоматической дуговой сварки стыкового соединения №1 из стали 09Г2С. Его следует искать в группе флюсов для: дуговой сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Сталь 09Г2С относится к материалам с низкой химической активностью. Поэтому можно выбрать флюс из числа кислородных, высокоактивных или активных, высококремнистых или низкокремнистых, марганцевых.

Учитывая особо ответственное назначение изделия, следует отдать предпочтение выбору флюса из числе, активных или малоактивных низкокремнистых марганцевых, обеспечивающих более высокую пластичность и ударную вязкость при низких температурах.

Необходимый состав металла шва можно обеспечить за счет состава сварочной проволоки, поэтому нет необходимости в выборе легирующего керамического флюса. Если при его сборки будет гарантированно отсутствие ржавчины на кромках, то можно выбрать более технологичный плавленый флюс.

Сварка соединения №1 имеет большой радиус кривизны и выполняется на качающемся стенде, обеспечивающем нижнее положение шва. Поэтому возможен выбор флюсов, как с «длинным», так и с «коротким» шлаками.

Автоматическая сварка под флюсом соединения №1 из листов толщиной 26 и 28 мм будет выполняться за 2 прохода с обычной скоростью сварки менее 60 .... 80 м/ч и, очевидно, по толщине, на сварочных токах в более 500 А. Поэтому следует выбрать стекловидный флюс с крупной грануляцией.

В каталогах или справочниках необходимо найти флюсы, которые удовлетворяют изложенным требованием. В каталоге сварочных материалов находим флюсы марок АН - 43 и АН – 47. Ознакомившись подробнее со сварочно - технологическими свойствами флюсов, выбираем АН – 47.

Задание

Выбрать сварочные материалы для заданных свариваемых материалов М..., толщиной S... и типовых способов сварки: (Э, УП, ИП, АФ, ШЭ, ИН, П, Эл, л).