Оглавление1. Введение 2. Характеристика и структура предприятия 3. Назначение конструкции и технологический процесс изготовления изделия 4. Сварочные материалы 5. Оборудование 6. Деформация и напряжение 7. Дефекты и контроль качества шва 8. Нормирование сварочных материалов 9. Охрана труда 10. Список используемой литературы
1. Введение
Сварочная техника итехнология занимает одно из ведущих мест в современном производстве.
Современный техническийпрогресс в промышленности неразрывно связан с совершенствованием сварочногопроизводства. Сварка, как высокопроизводительный процесс изготовлениянеразъемных соединений, находит широкое применение при изготовленииметаллургического, кузнечно-прессового, химического и энергетическогооборудования, различных трубопроводах, в сельскохозяйственном и тракторноммашиностроении, в производстве строительных и других конструкций.
Сварка является таким женеобходимым технологическим процессом, как обработка металлов резанием, литье,ковка, штамповка. Она часто конкурирует с этими процессами, а в некоторыхслучаях и вытесняет их.
Развитее сварки началосьеще в 1802 году, российский ученый В.В. Петров открыл явление электрическогодугового разряда и указал на возможность использования его для расплавкиметаллов.
В 1882 году другойроссийский ученый-инженер Н.Н. Бенардос, работая над созданием крупныхаккумуляторных батарей, открыл способ электра дуговой сварки металловнеплавящимся угольным электродом. Им был разработан способ дуговой сварки взащитном газе и дуговая резка металлов.
В 1888 году российскийинженер Н.Г. Славянов предложил производить сварку плавящимся металлическимэлектродом. C именем Н.Г. Славянова связаноразвитие металлургических основ электрической дуговой сварки, создание первогоавтоматического регулятора длины дуги и первого сварочного генератора.
В 1924-1935 гг. восновном применяли ручную сварку электродами с тонким ионизирующим (меловым)покрытием. В эти годы под руководством академика В.П. Володина были изготовленыпервые отечественные котлы и корпуса нескольких судов. С 1935-1939 гг. сталиприменяться толстопокрытые электроды. Для электродных стержней использовалилегированную сталь, что позволило использовать сварку для изготовленияпромышленного оборудования и строительных конструкций. В процессе развитиясварочного производства было разработана технология сварки под флюсом. Сваркапод флюсом позволила увеличить производительность процесса в 5-10 раз,обеспечить хорошее качество сварного соединения за счет увеличения мощности сварочнойдуги и надежной защиты расплавленного металла от окружающего воздуха,механизировать и усовершенствовать технологию производства сварных конструкций.
С 1948г. Поучилипромышленное применение способы дуговой сварки в инертных защитных газах:ручная неплавящимся электродом, механизированная и автоматическая неплавящимсяи плавящимся электродом. В 1950-1952 гг. в ЦНИИТмаще при участии МВТУ и ИЭС им.Е.О. Патона была разработана сварка низко углеродистых и низко легированныхсталей в среде углекислого газа – процесса высоко производительного и обеспечивающегохорошее качество сварных соединений. Сварка в среде углекислого газа составилооколо 30% объема всех сварочных работ в нашей стране. Разработкой этого способасварки руководил доктор наук, профессор К.Ф. Любавский.
В конце пятидесятых годовфранцузскими учеными был разработан новый вид электрической сварки плавлением,получивший название электронно-лучевой сварки. Этот способ сварки применяется ив нашей промышленности. Впервые в открытом космосе была осуществленаавтоматическая сварка и резка в 1969г. Космонавтами В. Кубасовым и Г.Шониным. Продолжая эти работы в 1984г., космонавты С. Савицкая и В.Джанибеков провели в открытом космосе ручную сварку, резку и пайку различныхметаллов.
Более 30 летфункционирует Международный институт сварки (МИС), который периодическисобирает ученых, занимающихся вопросами теории и практики сварки, дляобсуждения новых достижений в науке и технике, обмена информацией и объединенияусилий для реализации сложных научных и технических задач.
2. Характеристикаи структура предприятия
Находкинский Рыбный Порт– самый южный порт Российской Федерации. Расположен на территории СвободнойЭкономической Зоны ”Находки”.
Акватория порта находитсяв бухте Находка залива Америка, расположенного на юго-западном побережьеЯпонского моря.
Благодаря своему географическомуположению и мягкому климату, бухта Находка хорошо защищена от ветров и в зимнеевремя года не замерзает.
Находкинский Рыбный Порт– единственный порт на территории Свободной Экономической Зоны ”Находка”,предназначенный для переработки охлажденных и замороженных продуктов питания.
Порт имеет богатый опытработы как с судами отечественного флота, так и с судами государств Азиатско-Тихоокеанского Региона –Японии, Кореи, Австралии, Малайзии, Тайваня, Китая идр.
Виды перерабатываемыхпортом грузов:
· Рыбные продукциивсех видов;
· Прочие продуктыпитания;
· Хлопок;
· Целлюлоза;
· Бумага;
· Лес;
· Битум;
· Алюминий;
· Чугун;
· Металлы различныхсортаментов;
· Легковые ибольшегрузные автомобили;
· Любые штучныегрузы в пакетах и мягких контейнерах;
· Жидкие грузы (заисключением нефтепродуктов).
В настоящее времягрузооборот порта способен достигать 1.8 млн. тонн в год различных грузов,вариантами:
· Борт- Вагон;
· Вагон- Борт;
· Борт- Слад (принакоплении вагонной партии);
· Вагон- Слад (принакоплении судовой партии);
· Транспорт-Транспорт и др.
Общая территория порта-324100 кв.м.
Порт имеет девятьпричалов общей протяженностью 1276 м.
Один из причалов длиной 54 м используется для нужд порт фота.
Глубина у причала 9-9.5 м.
Глубина прохода канала 9 м.
/>
3. Назначениеконструкции и технологический процесс изготовления изделия
Фальшборт являетсяограждением верхней палубы судна и служит для безопасной работы людей напалубе, а так же для сохранности груза находящегося на верхней палубе.
Технологический процессизготовления конструкции включает в себя следующие операции:
1. Получениематериала, согласно спецификации, на складе металлов, доставку его на участокизготовления.
2. Изготовление,отдельных деталей.
3. Сборку деталей вконструкции.
4. Сдачу конструкциимастеру ОТК.
Изготовление.
Для изготовления секциифальшборта необходимо уточнить размеры с дефектного (заменяемого) участка наконкретном судне и дать припуск по длине 50 мл. на обе стороны для подготовкина судне.
Деталь 1 контрфорс.
отрезать угол
Деталь 2 (обшив)
Разметить и вырубитьполотно с припуском по 50 мм на обе стороны
Разместить на полотнеместа установки контрфорсов
Деталь 3
Разместить и отрезатьполособульб и 12-с припуском
Сборка фальшборта.
1. Доставить насудно готовые детали фальшборта. Зачистить места под установку контрфорсов
2. Закрепить кустановленным контрфорсам обшивку.
Подрезать припуск исостыковать новую и существующую обшивку фальшборта, прихватить.
3. Установить(подрезать припуск и состыковать к существующим) прихватить
4. Установитьконтрфорсы дет. 1 шт. 2
5. Сдать собраннуюконструкцию мастеру ОТК под сварку
Сварка
Сварка фальшборта
1. Заварить стенки1и2 обшивки.
2. Приваритьконтрфорсы дет 4 (2 шт.).
3. Приварит обшивку к планширю, от середины к концам обратноступенчатым способом.
4. Заварить стенки планширя.
5. Приварить контрфорсыдетали 1 (2шт.).
6. Зачистить швы отшлака и брызг металла.
7. Сдать конструкцыюмастеру ОТК.
При замене фальшбортабыло задействовано следующие оборудование:
1. Кран балка.
2. Гильотина.
3. Пост газовойрезки.
4. Пост электрадуговой сварки.
Инструмент:
· Молоток, нитка,рулетка, угольник.
· Кувалда.
· Турбинкапневматическая.
4. Сварочныематериалы
При электрической сваркеплавлением применяются следующие сварочные материалы: сварочная проволока,неплавящиеся и плавящиеся электродные стержни, покрытые электроды.
Электроды сварочныепредставляют собой стержень, на поверхность которого прессовкой или окунаниемнанесено специальное покрытие из порошкообразных материалов на клеящемрастворе.
Покрытие сварочныхэлектродов имеет сложный химический состав и предназначено для защитырасплавленного металла от окисления кислородом воздуха и легирования металласварного шва. Защита металла от воздуха осуществляется за счет шлака и газов,образующихся при плавлении покрытия. В состав покрытия электродов входят такжеспециальные добавки, которые обеспечивают стабильное горение дуги при сварке напеременном и постоянном токе.
Сварочные электродыпредназначены для ручной сварки, т. е. такой, где две обязательные операциипроцесса (подача электрода в зону дуги и перемещение дуги по изделию с цельюобразования шва) выполняются сварщиком вручную. Ручная сварка покрытымиэлектродами позволяет выполнять швы в любом пространственном положении.
Электроды УОНИИ 13/55
Электроды предназначеныдля сварки особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированныхсталей, когда к металлу сварных швов предъявляются повышенные требования попластичности и ударной вязкости. Рекомендуются, в частности, для сваркиконструкций, работающих в условиях пониженных температур (-40°С).
Преимущества:
— повышенная устойчивостьобмазки к растрескиванию и осыпанию.
— легкость зажигания,стабильность горения сварочной дуги.
— отличное формированиешва и улучшенная отделяемость шлака.
— отсутствие склонности кзалипанию электрода при сварке короткой дугой.
— водонепроницаемаяпластиковая упаковка.
Рекомендуются:
— для сварки особоответственных конструкций в строительстве, машиностроении, судостроении,газовой и нефтяной промышленности.
5. Оборудование
Трансформатор сварочныйТДМ-401 предназначен для питания одного сварочного поста при ручной дуговойсварке, резке и наплавке металлов переменным током.
Трансформатор сварочныйТДМ-402 предназначен для питания одного сварочного поста при ручной дуговойсварке, резке и наплавке металлов переменным током. Благодаря встроенномустабилизатору горения дуги, на трансформаторе можно производить сваркууглеродистых сталей любыми марками электродов (МР-3, АНО-4, и другими дляпеременного тока, УОНИ-13/45, ВИ-10-6, АНО-10 и другими для постоянного тока),чугуна (электродами ПЧ-4 и другими), нержавеющих сталей (электродами ОЗЛ-8 и другими).
Трансформатор сварочныйТДМ-501 для питания одного сварочного поста переменным током частотой 50 Гц приручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов покрытыми электродами.Выполнен в габаритах трансформатора ТДМ-401 У2
Страна происхожденияРоссия.
ММА — Manual Meta Arc-ручная дуговая сварка штучными (покрытыми) электродами. В советскойтехнической литературе обычно использовалось сокращение РДС.
Сущность способа. Кэлектроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дугиот источников сварочного тока подводится постоянный или переменный сварочныйток (рис. 1). Дуга расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие иосновной металл. Расплавляющийся металлический стержень электрода в видеотдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну. В сварочнойванне электродный металл смешивается с расплавленным металлом изделия (основнымметаллом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность.
Глубина, на которуюрасплавляется основной металл, называется глубиной проплавления. Она зависит отрежима сварки (силы сварочного тока и диаметра электрода), пространственногоположения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия (торцуэлектрода и дуге сообщают поступательное движение вдоль направления сварки ипоперечные колебания), от конструкции сварного соединения, формы и размеровразделки свариваемых кромок и т.п. Размеры сварочной ванны зависят от режимасварки и обычно находятся в пределах: глубина до 7 мм, ширина 8… 15 мм, длина 10… 30 мм. Доля участия основного металла в формировании металлашва обычно составляет 15… 35 %.
Расстояние от активногопятна на расплавленной поверхности электрода до другого активного пятна дуги наповерхности сварочной ванны называется длиной дуги. Расплавляющееся покрытиеэлектрода образует вокруг дуги и над поверхностью сварочной ванны газовуюатмосферу, которая, оттесняя воздух из зоны сварки, препятствуетвзаимодействиям его с расплавленным металлом. В газовой атмосфере присутствуюттакже пары основного и электродного металлов и легирующих элементов. Шлак,покрывая капли электродного металла и поверхность расплавленного металласварочной ванны, способствует предохранению их от контакта с воздухом иучаствует в металлургических взаимодействиях с расплавленным металлом.
Кристаллизация металласварочной ванны по мере удаления дуги приводит к образованию шва, соединяющегосвариваемые детали. При случайных обрывах дуги или при смене электродовкристаллизация металла сварочной ванны приводит к образованию сварочногократера (углублению в шве, по форме напоминающему наружную поверхностьсварочной ванны). Затвердевающий шлак образует на поверхности шва шлаковуюкорку. Рис. 1 Ручная дуговая сварка металлическим электродом с покрытием
(стрелкой указанонаправление сварки): 1 — металлический стержень; 2 — покрытие электрода; 3 — газовая атмосфера дуги; 4 — сварочная ванна; 5 — затвердевший шлак; 6 — закристаллизовавшийся металл шва; 7 — основной металл; 8 — капли расплавленногоэлектродного металла; 9 – глубина проплавления
/>
Ввиду того что оттокоподвода в электрододержателе сварочный ток протекает по металлическомустержню электрода, стержень разогревается. Этот разогрев тем больше, чем дольшепротекание по стержню сварочного тока и чем больше величина последнего. Передначалом сварки металлический стержень имеет температуру окружающего воздуха, ак концу расплавления электрода температура повышается до 500… 600 °С (присодержании в покрытии органических веществ — не выше 250 °С). Это приводит ктому, что скорость расплавления электрода (количество расплавленногоэлектродного металла) в начале и конце различна. Изменяется и глубинапроплавления основного металла ввиду изменения условий теплопередачи от дуги косновному металлу через прослойку жидкого металла в сварочной ванне. Врезультате изменяется соотношение долей электродного и основного металлов,участвующих в образовании металла шва, а значит, и состав и свойства металлашва, выполненного одним электродом. Это — один из недостатков ручной дуговойсварки покрытыми электродами.
Зажигание и поддержаниедуги. Перед зажиганием (возбуждением) дуги следует установить необходимую силусварочного тока, которая зависит от марки электрода, пространственногоположения сварки, типа сварного соединения и др. Зажигать дугу можно двумяспособами. При одном способе электрод приближают вертикально к поверхностиизделия до касания металла и быстро отводят вверх на необходимую длину дуги.При другом — электродом вскользь «чиркают» по поверхности металла.Применение того или иного способа зажигания дуги зависит от условий сварки и отнавыка сварщика.
Длина дуги зависит отмарки и диаметра электрода, пространственного положения сварки, разделкисвариваемых кромок и т.п. Увеличение длины дуги снижает качество наплавленногометалла шва ввиду его интенсивного окисления и азотирования, увеличивает потериметалла на угар и разбрызгивание, уменьшает глубину проплавления основногометалла. Также ухудшается внешний вид шва.
Во время ведения процессасварщик обычно перемещает электрод не менее чем в двух направлениях. Во-первых,он подает электрод вдоль его оси в дугу, поддерживая необходимую в зависимостиот скорости плавления электрода длину дуги. Во-вторых, перемещает электрод внаправлении наплавки или сварки для образования шва. В этом случае образуетсяузкий валик, ширина которого зависит от силы сварочного тока и скоростиперемещения дуги по поверхности изделия. Узкие валики обычно накладывают припроваре корня шва, сварке тонких листов и тому подобных случаях.
При правильно выбранномдиаметре электрода и силе сварочного тока скорость перемещения дуги имеетбольшое значение для качества шва. При повышенной скорости дуга расплавляетосновной металл на малую глубину и возможно образование непроваров. При малойскорости вследствие чрезмерно большого ввода теплоты дуги в основной металлчасто образуется прожог, и расплавленный металл вытекает из сварочной ванны. Внекоторых случаях, например при сварке на спуск, образование под дугой жидкойпрослойки из расплавленного электродного металла повышенной толщины, наоборот,может привести к образованию непроваров.
Иногда сварщикуприходится перемещать электрод поперек шва, регулируя тем самым распределениетеплоты дуги поперек шва для получения требуемых глубины проплавления основногометалла и ширины шва. Глубина проплавления основного металла и формирование шва главным образом зависят от вида поперечных колебаний электрода, которыеобычно совершают с постоянными частотой и амплитудой относительно оси шва (рис.2). Траектория движения конца электрода зависит от пространственного положениясварки, разделки кромок и навыков сварщика. При сварке с поперечными колебаниямиполучают уширенный валик, форма проплавления зависит от траектории поперечныхколебаний конца электрода, т.е. от условий ввода теплоты дуги в основнойметалл. По окончании сварки — обрыве дуги следует правильно заварить кратер.
Кратер является зоной снаибольшим количеством вредных примесей ввиду повышенной скоростикристаллизации металла, поэтому в нем наиболее вероятно образование трещин. Поокончании сварки не следует обрывать дугу, резко отводя электрод от изделия.
Необходимо прекратить всеперемещения электрода и медленно удлинять дугу до обрыва; расплавляющийся приэтом электродный металл заполнит кратер. При сварке низкоуглеродистой сталикратер иногда выводят в сторону от шва — на основной металл. При случайныхобрывах дуги или при смене электродов дугу возбуждают на еще не расплавленномосновном металле перед кратером и затем проплавляют металл в кратере. Рис. 2.Основные траектории движения конца электрода при ручной дуговой сваркеуширенных валиков
/>
6. Деформацияи напряжение
Возникновение сварочныхнапряжений и деформаций
Температурное воздействиесварки на конструкцию вызывает внутренние напряжения, а также различного видадеформации — коробление, изменение длины и т.п.
Сварочные напряжения идеформации и влияние их на конструкцию являются одной из основных проблемсварных конструкций. От величины и характера сварочных напряжений и деформацийзависит пригодность конструкций к эксплуатации. Характер сварочных напряжений ипричины их возникновения различны.
Сварочные напряжениямогут быть вызваны как неравномерным распределением теператур при сварке(тепловые напряжения), так и структурными превращениями стали в процессе сварки(структурные напряжения).
Сварочные напряжениямогут быть временные, существующие лишь при определенном температурномсостоянии в процессе сварки, и остаточные (называемые также усадочными),остающиеся в готовом изделии после окончания сварки. Наибольшее значение сточки зрения эксплуатационных качеств конструкции имеют остаточные напряжения.Остаточные напряжения появляются в результате неравномерного распределениятемпературы при нагревании и пластических деформаций, возникающих в процессесварки. Напряжения могут быть линейными, плоскостными и объемными. Наиболееопасными являются объемные и плоскостные напряжения, понижающие пластическиесвойства металла.
Если напряжения возникаютв результате закрепления свариваемого элемента какими-либо внешними связями иисчезают после удаления этих связей, то они называются реактивными. Наконец,напряжения могут быть продольные, направленные параллельно оси сварного шва, ипоперечные, направленные перпендикулярно оси шва.
Сварочные деформациивозникают от неравномерного нагрева изделия в процессе сварки и частичноостаются в нем в результате усадки при остывании сварного шва и разгретогоосновного металла. Деформации могут быть местные, в виде отдельных выпучин илиискривлений, и общие, когда все изделие в целом (например, балка) получаетискривление или укорочение. Наличие значительных деформаций может существенноуменьшить несущую способность конструкции или сделать ее непригодной />для эксплуатации, и поэтому они недопустимы.
Сварочные деформации инапряжения получаются оттого, что свободным деформациям фибр нагреваемогоэлемента мешает слитность детали в целом. Так, например, при наложении накромку полосы валика наплавленного металла температурные удлинения отдельныхфибр полосы, если предполагать их свободными, должны меняться по криволинейномузакону изменения температуры в полосе (рис. А). В действительности жедеформации слитной полосы следуют прямолинейному закону изгиба. Разность междусвободными и фактическими деформациями погашается возникающими от этой разноститемпературными напряжениями (рис. Б).
В зоне с температуройболее 600o температурные напряжения отсутствуют, поскольку здесь металлнаходится в пластическом состоянии. При этом более нагретые фибры получают отсоседних, с ними связанных и менее нагретых фибр сжимающие воздействия,препятствующие развитию деформаций более нагретых фибр. В результате зонаметалла, разогретая до температуры выше 600o, получает усадку в виде остаточныхдеформаций.
Температурные напряженияявляются уравновешенными. Этим условием (т.е. равенством нулю суммы напряженийи суммы моментов эпюры температурных напряжений) определяется положение прямойлинейных деформаций изгиба полосы, характеризующей кривизну изгиба.
При остывании криваясвободных температурных деформаций падает и изменяется по форме, выравнивается,так как более нагретые области остывают быстрее; остывающие фибры полосыукорачиваются.
Наиболее интенсивно ивместе с тем наиболее длительно остывают больше всего разогретые областиметалла; при этом остывании они получают от связанных с ними соседних, менеенагретых и более жестких фибр воздествия, препятствующие их укорочению, т.е.возбуждающие в них растягивающие напряжения. Таким образом, укорачиваниюнаиболее нагретых фибр препятствуют смежные, менее нагретые и ранее остывшиеобласти металла. В результате в остывшей полосе возникает новая эпюрасварочных, теперь уже остаточных напряжений с растянутыми волокнами в областинаибольшего разогрева (рис. В). Полоса получает выгиб, обратный тому, которыйимелся в процессе нагрева, т.е. выпуклостью к стороне, не имеющей наплавленноговалика.
Форма эпюры остаточныхнапряжений зависит от величины зоны пластических деформаций нагрева и шириныполосы и определяется уравновешенностью эпюры. При небольшой ширине зоныразогрева, т.е. при малом количестве вводимого тепла, что может иметь место прислабом токе или большой скорости сварки, интенсивность падения кривойтемпературных удлинений резко повышается (так как разность температур зоныразогрева всегда остается постоянной от температуры 1400o наплавленного валикадо 600o у края зоны пластического состояния стали, а длина зоны разогревауменьшается); поэтому основная масса металла разогревается слабо и оказываетрезкое противодействие свободным удлинениям разогретой зоны. В результатевозникают значительные пластические деформации нагрева, которые при остываниивызывают большие остаточные (усадочные) деформации и напряжения со сторонынаплавленного валика.
При увеличении силы токазона разогрева увеличивается: кривая температурных удлинений получается болеепологой, что приводит к уменьшению пластических деформаций нагрева и в связи сэтим к уменьшению пластических деформаций после остывания, а такжерастягивающих остаточных напряжений зоны разогрева. При сильном начальномразогреве растягивающие напряжения на кромке полосы могут перейти в сжимающие содновременным уменьшением зоны растягивающих пластических напряжений (рис. Г).
Аналогично увеличениюсилы тока на изменение эпюры остаточных напряжений при постоянном режиме сваркивлияет уменьшение ширины полосы, так как в более узкой полосе нагрев получаетсяболее равномерным. В более широких полосах остаточные напряжения увеличиваются.
При скоростных методахсварки (автоматическая и сварка методом глубокого проплавления) благодаряприменению большой мощности тока разогрев полосы достигает значительнойвеличины и временные температурные напряжения получаются небольшими, вследствиечего получаются небольшими и остаточные напряжения после остывания. В целяхуменьшения остаточных напряжений в отдельных случаях целесообразно создаватьискусственный разогрев средней части полосы, выравнивающей температурные деформации
Величину остаточныхнапряжений можно определить разрезкой остывшего изделия на полоски. При этомосвобождаются усадочные напряжения и изменяется длина полосок; по приращениюдлины можно судить о напряжениях.
При сварке двух полосвстык за один проход возникают как продольные, так и поперечные сварочныенапряжения. Эпюра продольных напряжений как бы складывается из двух эпюр,получаемых при наплавке валика на кромку («Сварочные напряжения при сваркевстык», рис. А); во время нагрева возникают значительные пластическиедеформации, в соответствии с чем после остывания около шва появляются большиеобласти растягивающих напряжений. На свободных кромках полос напряжения будутсжимающими.
Поперечные напряжениявозникают, во-первых, от неодновременного наложения шва по длине и, во-вторых,от стремления изогнутых после />сварки полос выпрямиться.
В процессе наложения шваостывающий металл производит на ранее наплавленную часть воздействиявнецентренного сжатия, а сам подвергается стягиванию последующим наплавленнымметаллом («Сварочные напряжения при сварке встык», эпюра на рис. Б).Свариваемые встык полосы изгибаются при сварке выпуклостью внутрь (рис. слева);при остывании полосы стремиться разогнуться и принять форму выпуклостью наружу,отчего возникают поперечные напряжения: растягивающие — в средней части шва исжимающие — по краям («Сварочные напряжения при сварке встык», рис.В).
Результирующая эпюрапоперечных напряжений («Сварочные напряжения при сварке встык», рис.Г) получается, следовательно, от сложения двух указанных эпюр, причем характерее большей частью следует второй эпюре. В средней части стыкового шва возникаетполе продольных и поперечных растягивающих напряжений, затрудняющих развитиепластических деформаций и повышающих возможности хрупкого разрушения (появлениетрещин).
Высокие значенияпоперечных напряжений можно значительно снизить, прибегая к так называемомуобратно-ступенчатому способу сварки («Сварочные напряжения при сваркевстык», рис. Д). При этом способе шов накладывается отдельными участками ипритом так, что направление сварки на каждом участке идет в направлении,обратном общему направлению наложения шва. При этом каждый новый участокзаканчивается у застывшего металла начальной части предыдущего участка и,стягивая его, снижает возникшие ранее растягивающие напряжения.
/>
В угловом шве такжеполучаются поперечные усадочные напряжения, так как жесткость соединяемыхдеталей препятствует свободному сокращению шва в процессе охлаждения. Внутреннячасть шва при этом растягивается, а поверхностный слой, остывающий ранеевнутренних слоев, оказывается сжатым (рис. А).
В многослойном угловомили стыковом шве (рис. Б) каждый последующий слой при своем остывании сжимаетпредыдущий, отчего усадочные напряжения резко снижаются.
/>
Следствием усадочныхнапряжений является поперечное искривление (коробление) свариваемых деталей.
/>
При сварке двух полос втавр эпюра продольных напряжений получается по аналогии с наплавкой валика накромку. Эти продольные напряжения вызывают коробление детали (рис. А).
При двустороннемодновременном наложении продольных швов двутаврового сечения получаетсясимметричная эпюра, не дающая искривлений по продольной оси элемента. При последовательномналожении второй валик только в некоторой степени уменьшает искривления,полученные в результате наложения первого валика (рис. Б).
/>
При сварке закрепленныхдеталей в шве и деталях развиваются неуравновешенные, реактивные растягивающиенапряжения (вследствие сопротивления закреплений сокращению шва). Этинапряжения, особенно при малых расстояниях между закреплениями, могутдостигнуть предела прочности и привести к разрушению соединения. При неудачнойсвоей ориентации они совместно с основными напряжениями могут перевести металлв хрупкое состояние. Такие напряжения весьма опасны, и их нужно всяческиизбегать, сваривая детали при максимальной свободе их деформаций.
Борьба со сварочныминапряжениями и деформациями должна вестись путем рационального проектированиястальных конструкций и правильного метода их изготовления. Следует помнить, чтоизлишнее количество наплавленного металла в конструкции увеличивает сварочныенапряжения.
В результате структурныхи температурных напряжений в сврном изделии могут появиться трещины. Трещиныделятся на горячие и холодные. Горячие трещины образуются при остывании(кристаллизации) металла шва и являются следствием малой пластичностизастывающего металла и больших напряжений, которые испытывает застывающийметалл от соседних очагов кристаллизации. Во избежание появления горячих трещиннеобходимы более медленное остывание и соответствующее легирование металла.
Холодные трещины могутбыть структурными и температурными. Структурные трещины появляются притемпературе распада аустенита, при котором объем тела, несмотря на остывание,увеличивается. На границе распада аустенита, когда в одних фибрах объемувеличивается, а в соседних, более холодных или горячих — в соответствии состыванием металла, уменьшается, возникают большие структурные напряжения,которые могут привести к трещинам. Поэтому рекомендуется более равномерноеостывание (подогрев) и повышение пластичности стали путем соответствующеголегирования.
Температурные холодныетрещины могут появиться и после сварки при эксплуатации сооружения. Основнойпричиной их обычно являются не провары, не плотности, небольшие трещины,особенно если они располагаются перпендикулярно направлению действия сил или воднозначном поле усадочных напряжений. При понижении температуры и сокращенииобъема металла эти не плотности увеличиваются и превращаются в трещины. Трещинаможет появиться и от удара, так как напряженное состояние на поверхности не плотностиустойчиво. Мерами борьбы являются качественная сварка и качественнаяконструкция, не имеющая больших усадочных напряжений.
7. Дефектыи контроль качества шва
Классификациядефектов В процессе образования сварного соединения в металле шва в зонетермического влияния могут возникать дефекты, т. е. отклонения от установленныхнорм и требований, приводящие к снижению прочности, эксплуатационнойнадежности, точности, а также ухудшению внешнего вида изделии. Дефекты сварныхсоединений различают по причинам возникновения и месту их расположения. Взависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. К первойгруппе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями,происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочнойванны и остывания сварного соединения: горячие и холодный трещины в металле шваи околошовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойствметалла шва и зоны термического влияния. Ко второй группе дефектов, которыеназывают дефектами формирования швов, относят дефекты, происхождение которыхсвязано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой исборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования,небрежностью и низкой квалификацией сварщика и другими нарушениямитехнологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствие швоврасчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренныс кратерыи др. Дефекты сварных швов являются следствием неправильного выбора итинарушения технологического процесса, применения некачественных сварочныхматериалов и низкой квалификации сварщика. Виды дефектов в сварныхсоединениях: наплыв; подрез; непровар; наружные трещины и поры; внутренниетрещины и поры; внутренний непровар; шлаковые включения Дефекты подразделяютсяна внешние и внутренние. К внешним относятся: нарушение установленных размерови формы шва, непровар, подрез зоны сплавления, поверхностное окисление, прожог,наплыв, поверхностные поры, незаваренные кратеры и трещины на поверхности шва.К внутренним дефектам относятся следующие: внутренние поры, неметаллическиевключения, непровар и внутренние трещины. Нарушение установленных размеров иформы шва выражается в неполномерности ширины и высоты шва, в чрезмерномусилении и резких переходах от основного металла к наплавленному. Эти дефектыпри ручной сварке являются результатом низкой квалификации сварщика, плохойподготовки свариваемых кромок, неправильного выбора сварочного тока, низкогокачества сборки под сварку. Дефекты формы шва могут быть и следствием колебаниянапряжения в сети.
Приавтоматической сварке нарушения формы и размеров шва являются следствиемнеправильной разделки шва или нарушения режима в процессе сварки скоростисварки, скорости подачи электродной проволоки, сварочного тока. Непровар(местное несплавление свариваемых кромок основного и наплавленного металла)следствие низкой квалификации сварщика, некачественной подготовки свариваемыхкромок (малый угол скоса, отсутствие зазора, большое притупление), смещенияэлектрода к одной из кромок, быстрого перемещения электрода по шву. Подрез зоны(узкие углубления в основном металле вдоль края сварного шва) образуется присварке большим током или удлиненной дугой, при завышенной мощности горелки, неправильномположении электрода или горелки и присадочного прутка Поверхностное окислениеокисление металла шва и прилегающего к нему основного металла- Причины; сильноокисляющая среда, большая длина дуги, чрезмерно большая мощность сварочнойгорелки или слишком большой сварочный ток. замедленное перемещение электродаили горелки вдоль шва. Прожог сквозное отверстие в сварном шве. Основныепричины прожога: большой сварочный ток, завышенная мощность сварочной горелки,малая толщина основного металла, малое притупление свариваемых кромок инеравномерный зазор между ними по длине. Наплывы результат натеканиянаплавленного металла на непрогретую поверхность основного металла или ранеевыполненного валика без сплавления с ним. Такие дефекты могут быть при низкойквалификации сварщика, недоброкачественных электродах и несоответствии скоростисварки и сварочного тока разделке шва. Поверхностные и внутренние порывозникают вследствие попадания в металл шва газов (водород, азот, углекислыйгаз и др.), образовавшихся при сварке. Водород образуется из влаги, масла икомпонентов покрытия электродов. Азот в металл шва попадает из атмосферноговоздуха при недостаточно качественной защите расплавленного металла шва. Оксидуглерода образуется в процессе сварки стали при выгорании углерода,содержащегося в металле. Если свариваемая сталь и электроды имеют повышенноесодержание углерода, то при недостатке в сварочной ванне раскислителей и прибольшой скорости сварки оксид углерода не успевает выделиться и остается вметалле шва. Таким образом, пористость является результатом плохой подготовкисвариваемых кромок (загрязненность, ржавчина, замасленность), примененияэлектродов с сырым покрытием, влажного флюса, недостатка раскислителей, большихскоростей сварки. Неметаллические включения образуются при сварке малымсварочным током, при применении недоброкачественных электродов, сварочнойпроволоки, флюса, загрязненных кромок и плохой очистке шва от шлака примногослой ной сварке. При неправильно выбранном режиме сварки шлаки и оксиды неуспевают всплыть на поверхность и остаются в металле шва в виде неметаллическихвключений. Трещины, наружные и внутренние, являются опасными и недопустимымидефект.-чли сварных швов. Они образуются вследствие напряжении, возникающих вметалле от его неравномерного нагрева, охлаждения и усадки. Высокоуглеродистыеи легированные стали после сварки при охлаждении закаливаются, в результатечего могут образоваться трещины. Причина возникновения трещин повышенноесодержание в стали вредных примесей (серы и фосфора). Методы устранениядефектов сварных швов Неполномерность швов устраняется наплавкойдополнительного слоя металла. При этом наплавляемую поверхность необходимотщательно очистить до металлического блеска абразивным инструментом илиметаллической щеткой. Чрезмерное усиление шва устраняют с помощью абразивногоинструмента или пневматического зубила. Непровар, кратеры, пористость инеметаллические включения устраняют путем вырубки пневматическим зубилом илирасчистки абразивным инструментом всего дефектного участка с последующейзаваркой. Часто применяют выплавку дефектного участка резаком поверхностнойкислородной или воздушно-дуговой резки. Подрезы заваривают тонкими валиковымишвами. Наплывы устраняются обработкой абразивным инструментом или с помощьюпневматического зубила. Наружные трещины устраняются разделкой и последующейзаваркой. Для предупреждения распространения трещины по концам ее сверлятотверстия. Разделку трещины выполняют зубилом или резаком. Кромки разделкизачищают от шлака, брызг металла, окалины и заваривают. Швы с внутреннимитрешинами вырубают и заваривают заново. При наличии сетки трещин дефектныйучасток вырезают и взамен сваркой накладывают заплату. Способы контроля сварныхсоединений Сварные соединения считают качественными, если они не имеютнедопустимых дефектов и их свойства удовлетворяют требованиям, предъявляемым кним в соответствии с условиями эксплуатации сварного узла или конструкции.Качество сварных соединений контролируют следующими видами контроля:предварительным, в процессе которого выполняют проверку качества исходныхматериалов (свариваемого металла и сварочных материалов), контроль подготовкидеталей под сварку и сборку узлов, а также состояния оснастки, сварочногооборудования и приборов, квалификации сборщиков и сварщиков; на стадиипредварительного контроля выполняют испытания на свариваемость, включающие всебя механические испытания, металлографические исследования сварных соединенийи испытания на сопротивляемость образованию горячих и холодных трещин; текущим(в процессе выполнения сварочных работ), предусматривающим проверку соблюдениятехнологии сварки, зачистки промежуточных швов, заварку кратеров и т. д.;окончательным контролем готовых сварных конструкций, который проводится всоответствии с требованиями, предъявляемыми к изделию.
8. Нормированиесварочных материалов
Для замены фальшбортабыло израсходовано следующие количество материалов:
Ст 3 лист б42000х1100=2,2м2
Уголок
Полособульб Р №12-2,5 п/м
Количество сварных швов.
б4 с двух сторон 2 п/м
верт 5 угловой с двухсторон 4п/м
низ 5-2 п/м
9. Охранатруда
При сварке сварщик долженсоблюдать технику безопасности. У него должен быть щиток с целым светофильтром,который предохраняет от ожога и кожи лица. Должна быть спецодежда из брезентасо специальной пропиткой, ботинки, рукавицы, шапка. Спецодежда должна бытьодета таким образом, чтобы штаны оказались поверх ботинок, а рукава поверхрукавиц.
При сварке в закрытомпомещении должна быть вентиляция, а там где ее нет сварщик должен надетьреспиратор, чтобы не получить отравление.
При сварке в трюмахпарохода, всегда должен быть обеспечивающий на случай несчастного случая.
При сварке на улице усварщика должно быть разрешение пожарных служб на сварку.