Сварочный аппарат, электроды, кабели, горелки и редукторы – главные материальные части успешного сварочного труда. Главные, но не единственные! Сварочные работы представляют реальную опасность для здоровья сварщика, а вот избежать этих опасностей вовсе не сложно.

Если высказаться коротко, то техника безопасности при сварочных работах сводится к очевидным истинам. Нельзя наплевательски относиться к своему организму. Нельзя приступать к работе и открывать сварочный кейс, думая только о сварке. Сначала подумайте о себе. Все сварочные швы мира не стоят удара током в 220 вольт. И острота зрения не вернется к сварщику, работавшему в полукустарной маске, будь он хоть трижды профессионал. Так что прислушайтесь к этим строчкам, мы ведь о вашем здоровье беспокоимся.

Рассмотрим основные сварочные опасности и методы их профилактики.

Сварка как способ неразъемного соединения металлов вошла в нашу жизнь немногим более ста лет назад, однако переоценить ее значение сегодня невозможно. С помощью сварки выполняется значительное количество разнообразных работ в различных областях, от микроэлектроники до изготовления многотонных конструкций. Поскольку металлы и сплавы могут иметь различную форму, размер и химический состав, разработано множество соответствующих технологий, инструментов и приспособлений. Но основным методом давно и заслуженно считается электрическая сварка (а иногда и резка) металлов, в первую очередь низколегированных сталей. Среди достоинств электросварки — быстрое и надежное соединение материалов с минимальными затратами. Однако при необходимости с помощью сварочного аппарата можно и разрезать металл, причем даже в труднодоступных местах, куда другой инструмент просто не подлезет. В последние десятилетия сварочные аппараты изготавливают с применением электронных компонентов, что значительно уменьшило их массу и габариты и позволило еще более расширить их применение в быту.

Давайте же разберемся какие бывают виды сварочных аппаратов и по каким признакам их различают.

ИСТОЧНИКИ СВАРОЧНОГО ТОКА

Это основная деталь любого сварочного аппарата, преобразующая напряжение сети в постоянный или переменный ток с заданными параметрами. Виды сварочных аппаратов по типу источника тока классифицируются на:

Сварочные трансформаторы. Традиционный и в то же время конструктивно самый простой источник сварочного тока. Основным его узлом является собственно трансформатор, понижающий сетевое напряжение до сварочного. Регулируют силу тока различными методами, самый распространенный из которых — изменение расстояния между первичной и вторичной обмотками. Все трансформаторы имеют одну общую особенность — выдают на выходе переменный ток. Чтобы варить с помощью «транса» цветные металлы или улучшить стабильность горения дуги, необходимо вводить в конструкцию дополнительные тяжелые и громоздкие элементы, да и сам трансформатор весит прилично. При этом для выполнения ответственных работ требуются специальные электроды для переменного тока.

КПД трансформатора довольно высок (до 90 %), но часть энергии уходит на нагрев. Для охлаждения в современных моделях применяют вентиляторы также значительной мощности: ведь охладить надо устройство в несколько десятков, а то и сотен килограммов весом. В настоящее время этот вид источников сварочного тока применяется нечасто, но у трансформаторов, помимо КПД, есть еще два важных достоинства: невысокая цена и долговечность, из-за которых они до сих пор пользуются спросом.

Сварочные выпрямители. Выпрямителями называют аппараты, преобразующие переменный ток в постоянный. Они состоят из понижающего трансформатора, выпрямительного (диодного) блока, а также устройств регулировки, пуска и защиты. Такая конструкция, хотя и сложнее трансформатора, но обеспечивает гораздо более стабильные выходные характеристики сварочного тока и электрической дуги. Качество шва в конечном счете тоже гораздо выше. Цена выпрямителей не сильно отличается от цены трансформаторов, надежность также на высоте: ломаться в них практически нечему.

Основные недостатки такие же, как у трансформатора — высокий вес, сложность работы, сильная «просадка» напряжения в сети в процессе сварки.

Инверторы. Это наиболее современный тип сварочного аппарата. В отличие от обычных сварочных аппаратов, у которых силовой трансформатор работает на частоте сетевого напряжения 50 Гц, сварочный инвертор использует ток высокой частоты (несколько десятков килогерц). При этом для передачи необходимой энергии требуется трансформатор гораздо меньших размеров и массы, а сварка проходит при постоянном токе хорошего качества, что сказывается и на качестве шва. Обычный сварочный трансформатор на 160 А весит не менее 18 кг, а силовой трансформатор сварочного инвертора на 160 А весит не более 300 граммов и по размерам сравним с пачкой сигарет, при этом вес всего инвертора, с корпусом и всей электроникой, составляет 3–7 кг. Инвертор состоит из выпрямителя, сетевого фильтра, преобразователя в переменное напряжение высокой частоты, сварочного трансформатора, еще одного выпрямителя и управляющей схемы. Сварочный инвертор имеет значительно более широкий, чем у обычного аппарата, диапазон регулировки сварочного тока, что особенно важно при сварке тонкими электродами. Еще один «плюс» — у инверторов, как правило, эта регулировка гораздо точнее и выходные параметры намного стабильнее, что сильно упрощает подбор оптимального режима работы.

Все инверторные аппараты производятся по одной из двух технологий — MOSFET или IGBT.

Технология MOSFET была разработана примерно полвека назад, IGBT — более современная и экономичная — имеет множество преимуществ по сравнению с MOSFET. В Европе, где нормативы по энергопотреблению ужесточаются с каждым годом, найти в продаже MOSFET-инверторы уже невозможно. У нас они пока встречаются довольно часто. Инверторы MOSFET хорошо отработаны, стоят обычно дешевле и, невзирая на больший вес и габариты, все еще достаточно популярны, особенно для выполнения простых работ по сварке черных металлов. Производство компонентов MOSFET обходится дешевле, но и требуется их больше: в инверторе на 200 А можно встретить до 24 одинаковых силовых транзисторов MOSFET и в разы меньшее количество транзисторов IGBT (обычно около десятка). Инверторные аппараты IGBT способны работать при значительно большей частоте (60–85 кГц), чем MOSFET, что еще более снижает вес аппарата. Температура срабатывания термозащиты у IGBT-транзисторов составляет порядка 90 °С против 60 °С у MOSFET, это напрямую влияет на продолжительность непрерывной работы инвертора. Что касается ремонтопригодности, тут мнения «сервисменов» кардинально различаются. Некоторые считают, что компактный и имеющий меньшее количество деталей и силовых транзисторовинвертор чинить проще, другие — что более ремонтопригоден аппарат, выполненный по технологии MOSFET, с более крупными деталями и свободной компоновкой.

К тому же производители выпускают различные IGBT-аппараты, порой со сложной компоновкой и трудным доступом к отдельным деталям. В любом случае, если придерживаться мнения «чем меньше деталей — тем меньше вероятность поломки», следует обратить внимание на инверторы IGBT, к тому же за счет отличных параметров сварочного тока они лучше варят не только черные металлы, но и чугун, и нержавейку. Лидером производсва инверторных сварочных аппаратов является компания Линкольн Электрик(Lincoln Electric).

За счет использования в инверторах электронной системы управления с помощью обратных связей, можно получить выходные характеристики, подходящие для любого способа сварки. Наиболее важны функции Hot Start, Arc Force и Anti-Stick. В начале работы электроника обеспечивает дополнительный импульс тока, что облегчает поджиг дуги (функция Hot Start). Если электрод слишком быстро приближается к детали, функция Arc Force увеличивает сварочный ток, препятствуя залипанию. При залипании ток снижается или отключается, исключая возможность «приморозить» электрод (функция Anti-Stick).

В той или иной мере эти функции присутствуют во всех инверторах,в более дорогих моделях есть возможность их регулировки (например, Hot Start при сварке тонких листов металла не нужен, проще его уменьшить или вовсе отключить).

Недостатки у инверторов тоже есть, но таковыми их назвать можно с большой натяжкой. Следует различать использование инвертора в быту или на производстве.

Основной враг электронных схем — влага и пыль, особенно металлическая. Поэтому не рекомендуется включать его в запыленных помещениях и особенно работать «болгаркой» рядом с включенным инвертором.

Разумеется, при дожде работы следует прекращать, это запрещено правилами техники безопасности, и не только потому, что вредно для аппарата. Профессиональные модели лучше защищены от пыли и влаги, но и стоят соответственно. В любом случае время от времени аппарат нужно открывать и тщательно продувать сжатым воздухом.

Электроника чувствительна к качеству тока, поэтому в схему инверторов включают различные элементы защиты: датчики перегрева, предохранители, иногда — устройства отключения при падении напряжения ниже допустимого уровня, впрочем, практически все аппараты могут работать при напряжении от 170 до 250 В. Для защиты от резкого скачка напряжения (выше 270 В) многие производители устанавливают варисторы («таблетки»), раскалывающиеся при резком повышении напряжения. После этого поврежденный варистор следует заменить, этот ремонт прост и недорог. Если планируется автономная работа от электрогенератора, необходимо подбирать аппарат со встроенным компенсатором перепадов напряжения питающей сети. О его наличии производители предупреждают отдельно, без него инвертор может быстро выйти из строя.

Аппарат не следует хранить зимой в неотапливаемом помещении — электроника требует бережного отношения.

Есть и еще один «недостаток»: работать на трансформаторе или выпрямителе гораздо сложнее, чем на инверторе, зато научившийся работать на «трансе» без проблем перейдет на инвертор, а вот обратный переход гораздо сложнее — придется доучиваться.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРОЧНОГО АППАРАТА

Очень важным параметром при работе сварочного аппарата, независимо от его устройства, является продолжительность включения (ПВ) при различных значениях сварочного тока. Тут у разных производителей разные методики измерений. В европейском стандарте EN 60974-1 принимается во внимание продолжительность сварки при температуре 40 °C до первой остановки аппарата от перегрева, и ПВ высчитывается исходя из отношения этого времени к 10-минутному рабочему циклу. При более приближенных к реальности условиях по методике итальянской компании Telwin (t = 20 °C, работа с перерывами) учитывается в первую очередь количество электродов, которые можно использовать за этот период времени. Разумеется, ПВ, рассчитанный по второй методике, заметно выше и при выборе аппарата надо уточнить, как именно его считали. Впрочем, в процессе работы редко приходится жечь подряд несколько электродов на полной мощности без перерыва, и аппарат с заявленным «европейским» ПВ в 10–20 % будет работать до отключения столько же, сколько с 60–80 %-ным ПВ, рассчитанным по «телвиновской» методике.

Важным параметром и первым, на что обычно обращают внимание, считается диапазон изменения сварочного тока. Он косвенно указывает на мощность аппарата. Чем она больше, тем большего размера электрод можно установить и тем больше будет ПВ при работе небольшими электродами при равной силе тока. Для бытовых целей и работы ходовым 3-миллиметровым электродом всем видам трансформаторов с лихвой хватает максимальной мощности в 150 А, для инверторов — и того меньше, при этом токе они спокойно варят «четверкой». Следует учитывать, что на коробке с электродами обычно указывают рекомендуемые токи при работе с трансформаторами или выпрямителями, инвертор при таких токах уже может резать металл.

Еще один важный параметр — ток холостого хода. Он может находиться в пределах 60–85 В: чем выше, тем проще зажечь дугу.

Некоторые модели сварочных аппаратов способны функционировать совместно с устройствами для сварки аргоном, выпускаются также модели, работающие в полуавтоматическом режиме (сварка проволокой). Для бытового применения они не очень интересны — подобные опции требуются редко, а стоимость их гораздо выше, чем у простых моделей. Но если планируется работа на профессиональном уровне с различными видами металлов и тонкими листами, эти функции будут весьма полезны.

ВИДЫ СВАРКИ

Ручная дуговая сварка плавящимся электродом (ММА). Это наиболее популярный вид сварки, при котором роль электрода играет проволока, покрытая обмазкой.

В процессе плавления проволока соединяет свариваемые детали, а обмазка (шлак) защищает сварочную ванну от воздействия кислорода, также способствуя улучшению характеристик дуги и качества шва. Чаще всего таким образом сваривают черные металлы, чугун и некоторые виды цветных металлов и сплавов, однако добиться хорошего соединения в последнем случае довольно трудно: легкоплавкие компоненты сплавов выгорают, и соединение получается не слишком качественным.

Ручная сварка в среде защитных газов (TIG). Наиболее часто в качестве газа применяют аргон с небольшой примесью кислорода, чтобы выжечь грязь и окислы в процессе работы, а сварка проводится неплавящимся графитовым или вольфрамовым электродом. В качестве присадки используют прутки из того же материала, что и свариваемые детали. Качество шва при таком методе очень высокое, легкоплавкие компоненты сплавов и легирующие добавки не выгорают, сварочная ванна защищена от кислорода воздуха, образование шлака практически исключено. Сваривание почти всегда производится на постоянном токе прямой полярности, только для алюминия более подходит переменный ток или обратная полярность: так лучше разрушается оксидная пленка. Несмотря на то что такой способ довольно дорог и не отличается высокой скоростью работы, он достаточно популярен и порой незаменим для сварки любых металлов в случае малых объемов работ либо если автоматизировать процесс по разным причинам не удается.

Полуавтоматическая сварка. При ней в роли электрода обычно выступает сварочная проволока, автоматически подающаяся в зону сварки, хотя возможна и сварка неплавящимся электродом. Аппарат при этом перемещают вручную. Сварка производится постоянным или импульсным током, различают сварку в среде инертных (MIG) или активных (MAG) защитных газов и сварку порошковой проволокой — тогда газ не требуется. Для крупных объемов наплавляемого металла целесообразнее ММА-сварка. Сфера работы полуавтоматов — сварка тонких листов, высоколегированных сталей, цветных металлов, а также промышленное применение.

ДРУГИЕ МЕТОДЫ И СПОСОБЫ СВАРКИ

Помимо трех перечисленных основных методов сварки, используются и другие, особенно в промышленном производстве. Кратко опишем некоторые из них.

Плазменная сварка. Источником теплоты здесь служит плазменная струя, получаемая при ионизации рабочего газа между электродами, одним из которых может быть свариваемое изделие, либо оба электрода находятся в плазменной горелке — плазмотроне. Оба эти способа в промышленном производстве применяются чаще для наплавки и резки, чем для собственно сварки.

Контактная сварка. При ней соединенные заготовки или их соприкасающиеся участки прижимаются друг к другу, разогреваются электричеством до состояния пластического деформирования, а затем дополнительно сжимаются. Среди большого количества разновидностей контактной сварки можно выделить точечную, стыковую, рельефную и шовную.

При точечной сварке свариваемые детали соединяются внахлест, зажимаются между двумя электродами, затем включается импульс тока небольшого напряжения (несколько вольт) и значительной силы, до нескольких тысяч ампер. Таким образом, между деталями образуется сварная точка или сразу две, если электроды подводятся с одной стороны, а с другой подложена токопроводящая подкладка. Контактная сварка требует хорошей подготовки поверхностей, пригодна для многих металлов и сплавов, особенно популярна для сварки тонких листов. Коробление листов при этом невелико, качество (при должных параметрах сварки) также на высоте. Именно так, например, собирают автомобильные кузова на заводе. Метод хорошо поддается автоматизации, но может использоваться и в ручном режиме.

ЗАЩИТА СВАРЩИКА

Сварочный процесс сопровождается большим количеством опасных и вредных факторов: высокой температурой раскаленного металла и шлака, ярким свечением дуги в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, выделением токсичных газов и аэрозолей. При работе с электрическими аппаратами несоблюдение правил техники безопасности чревато риском поражения электрическим током. Поэтому необходимо позаботиться о приобретении маски и защитной одежды.

Сварочная маска или щиток. Это самый необходимый элемент, предназначенный для защиты глаз и лица. Изготавливается чаще всего из пластика или электрокартона (фибры). Щиток приходится держать одной рукой, маска крепится на голову. В конструкцию фильтра согласно ГОСТу должны входить защитное стекло и подложка из оргстекла. В качестве фильтра применяется либо затемненное стекло, либо фильтр «хамелеон», автоматически затемняющийся при возникновении дуги. «Хамелеон» гораздо удобнее, но и стоит дороже. В зависимости от условий сварки применяются стекла различной степени затемненности, в «хамелеоне» она почти всегда регулируется. Для сложных условий работ изготавливаются маски с фильтрами для дыхания или системой подачи воздуха снаружи, а также с возможностью крепления каски и наушников.

Одежда и другие средства защиты. Одежда и перчатки должны быть изготовлены из слабогорючих и нетлеющих тканей вроде брезента, прорезиненных материалов или кожи. Обувь тоже желательна «погрубее», ведь кроме искр и капель металла, на ногу можно случайно уронить железку. Наиболее практичны для этой цели ботинки из толстой кожи или резиновые сапоги. Вся одежда при работе должна быть застегнута и пригнана с таким расчетом, чтобы исключить попадание капель расплавленного металла в ее складки и защитить все участки кожи от вредного воздействия сварочной дуги. Для обеспечения электробезопасности используются коврики из резины или подобных диэлектрических материалов.

Не нужно забывать также и о других средствах защиты — исправность оборудования, наличие заземления, надежная фиксация сварочных проводов в аппарате и целостность их изоляции, надежный электрический контакт обратного провода на детали и т.п. Наконец, не стоит упускать из виду и надежное закрепление свариваемых деталей. Если правильно организовать рабочее место и работать, сообразуясь со своими возможностями и без спешки, тогда и работа, и результат будут только радовать.

Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей

Получение металла шва, равнопрочного основному, обеспечивается выбором типа сварочного электрода, который регламентирует прочностные характеристики сварного соединения. Следует учитывать, что применение электродов с повышенными механическими свойствами наплавленного металла, например, по пределу прочности при растяжении, может привести к снижению работоспособности сварной конструкции.

Для сварки кипящих сталей (низкоуглеродистая сталь, выпускаемая из печи слабораскисленной) используют электроды с любым покрытием.

Для сварки полуспокойных сталей (сталь, полученная при раскислении жидкого металла менее полно, чем при выплавке спокойной стали, но большем, чем при выплавке кипящей стали) при больших толщинах следует применять электроды с покрытиями основного или рутилового видов.

Сварка конструкций из спокойной стали, работающих при низких температурах или при динамических нагрузках, должна выполняться электродами с основным покрытием.

Стабильность горения дуги влияет на качество швов и на возможность сварки переменным током. Наиболее стабильно дуга горит у электродов с целлюлозным, кислым и рутиловым покрытиями. Это позволяет использовать сварочные трансформаторы. Для электродов с основным покрытием требуются только источники постоянного тока.

В нижнем, вертикальном и потолочном положениях шов лучше формируется у электродов с целлюлозным покрытием, так как мелкокапельный перенос электродного металла и высокая вязкость шлака обеспечивают качественное ведение сварки. Хуже формируется шов у электродов с основным покрытием.

При сварке толстостенных конструкций многослойными швами отделяемость шлака является существенным показателем. Электроды с рутиловым, целлюлозным и кислым покрытиями обеспечивают лучшую отделяемость шлака по сравнению с основным покрытием.

Сварка электродами с основным покрытием требует тщательной очистки кромок от ржавчины, масла, грязи во избежание порообразования. Кроме того, электроды с основным покрытием склонны к порообразованию в начальный момент сварки и при сварке длинной дугой.

Электроды для наплавки

Наплавочные электроды обеспечивают получение наплавленного металла разнообразного по химическому составу, структуре и свойствам. По ГОСТ 10051-75 "Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами" существует 44 типа таких электродов.

Все они имеют основное покрытие. Это обеспечивает лучшую сопротивляемость образованию трещин при наплавке деталей из стали с повышенным содержанием углерода и при высокой жёсткости конструкции.

В зависимости от условий работы конструкций с наплавленными покрытиями, электроды для наплавки могут быть условно разделены на 6 групп.

Электроды для сварки и наплавки чугуна

Такие электроды предназначены для устранения дефектов в чугунных отливках и для восстановления поврежденных и изношенных деталей. Их можно применять и для изготовления сварно-литых конструкций. Электроды для холодной сварки и наплавки чугуна без предварительного подогрева дают наплавленный металл в виде стали, сплавов на основе меди, никеля и железоникелевого сплава. Это марки ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-6 и др. Иногда целесообразно использовать электроды иного назначения. Так, при ремонте чугунных тюбингов в условиях большой загрязненности и высокой влажности лучше брать марку ОЗЛ-25Б. Первые слои на загрязненных чугунах можно выполнять марками ОЗЛ-27 и ОЗЛ-28. Успешно применяют и марку ОЗБ-2М, предназначенную для сварки бронз.

Электроды для сварки цветных металлов

Предназначены для сварки алюминия, меди, никеля и их сплавов. Титан и его сплавы ручной дуговой сваркой покрытым электродом не сваривают из-за интенсивной окисляемости.

Электроды для сварки алюминия. Основная трудность при сварке алюминия и его сплавов - наличие окисной пленки. Температура её плавления 2060°С, тогда как температура плавления алюминия 660°С. Плотная тугоплавкая пленка может нарушить стабильность процесса сварки и таким образом повлиять на качество формирования шва, вызвав появление внутренних дефектов в наплавленном металле. Для удаления окисной пленки в состав покрытия электродов вводят хлористые и фтористые соли щелочных и щелочно-земельных металлов. Эти вещества и обеспечивают качественную сварку.

Электроды для сварки меди и ее сплавов. При сварке меди основная проблема - образование пор в металле шва из-за высокой ее активности при взаимодействии с газами, особенно с кислородом и водородом. Чтобы этого избежать, применяют только хорошо раскисленную медь и тщательно прокаленные электроды. Сварку выполняют по зачищенным до металлического блеска кромкам.

Сварка латуней сложна и опасна для здоровья из-за интенсивного выгорания цинка.

Сварка бронз доставляет трудности ввиду высокой хрупкости и недостаточной прочности в нагретом состоянии.

Электроды для сварки никеля и его сплавов. Сварка никеля и его сплавов затруднена из-за большой чувствительности к растворенным в сварочной ванне газам: азоту, кислороду и водороду, что вызывает образование горячих трещин и пор. Для предупреждения появления этих дефектов необходимо применять основной металл и сварочные электроды высокой чистоты и качественно их подготавливать.

Электроды для резки металла

Дуговая резка металла покрытыми электродами часто используется при монтаже и ремонте металлоконструкций. Она эффективна, так как не требует дополнительного оборудования и специальной квалификации рабочих. Электроды для резки отличаются от электродов для сварки высокой тепловой мощностью дуги, высокой теплостойкостью покрытия, интенсивной окисляемостью жидкого металла. Эти электроды целесообразно применять для удаления дефектных швов или их участков, удаления прихваток, заклепок, болтов, разделки трещин и т.п. Прокалка перед сваркой: 170°С; 1ч.

Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей

Электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей, должны в первую очередь обеспечить необходимую жаропрочность сварных соединений - способность противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах.

Для конструкций, работающих при температурах до 475°С, используют молибденовые электроды типа Э-09М, а при температурах до 540°С - хромомолибденовые электроды типов Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-09Х2М1 и Э-05Х2М.

Для конструкций, работающих при температурах до 600°С, применяют хромомолибденованадиевые электроды Э-09Х1МФ, Э-10Х1М1НБФ, Э-10Х3М1БФ.

Электроды Э-10Х5МФ с повышенным содержанием хрома предназначены для сварки конструкций из сталей с повышенным содержанием хрома (12Х5МА, 15Х5М, 15Х5МФА и др.), работающих в агрессивных средах при температурах до 450°С.

Для сварки теплоустойчивых сталей чаще используют электроды с основным покрытием, обеспечивающие прочность наплавленного металла при повышенных температурах, а также малую склонность к образованию горячих и холодных трещин.

Электроды для сварки высоколегированных сталей

Стали, содержащие 13% хрома, считаются высокохромистыми нержавеющими. Они обладают стойкостью против атмосферной коррозии и в слабоагрессивных средах. Это стали 08X13, 12X13, 20X13, которые различаются свариваемостью в зависимости от содержания углерода.

При выборе электродов для сварки таких сталей необходимо обеспечить следующие свойства металла шва: стойкость против атмосферной коррозии и в слабо агрессивных средах, жаростойкость до температуры 650°С и жаропрочность до температуры 550°С. Этим требованиям удовлетворяют электроды типа Э-12Х13 марок ЛМЗ-1, АНВ-1 и др., которые обеспечивают химический состав, структуру и свойства металла шва, близкие характеристикам основного металла.

Для сварки сталей с пониженным содержанием углерода и дополнительно легированных никелем рекомендуются электроды типа Э-06Х13Н марки ЦЛ-41.

С увеличением количества хрома возрастает коррозионная стойкость и жаростойкость высокохромистых сталей. Содержание 17-18% дает коррозионную стойкость в жидких средах средней агрессивности. Такие стали относятся к кислотостойким: 12X17, 08X17Т, 08Х18Т и др. Если количество хрома достигает 25-30%, то возрастает жаростойкость - стойкость против газовой коррозии при температурах до 1100°С. Это жаростойкие стали: 15Х25Т, 15X28 и др. Для серосодержащих сред пригодны стали и электроды, в которых не менее 25% хрома.

Выбор электродов для сварки высокохромистых сталей зависит от количества хрома в свариваемых сталях. Так, для сварки сталей с 17% хрома, к которым предъявляются требования по коррозионной стойкости в жидких окислительных средах или по жаростойкости при температурах до 800°С, рекомендуются электроды типа Э-10X17Т марок ВИ-12-6 и др.

Для сварки сталей с 25% хрома следует применять электроды типа Э-08Х24Н6ТАФМ, придающие металлу шва после отпуска высокие пластичность, ударную вязкость и стойкость против межкристаллитной коррозии.

Сварку высокохромистых сталей следует выполнять при умеренных режимах с уменьшенной погонной энергией. После каждого прохода рекомендуется охлаждать металл околошовной зоны до температуры ниже 100°С, что обеспечивает минимальный рост зерна.

Высокохромистые стали на основе 13% хрома с дополнительным легированием молибденом, ванадием, вольфрамом и ниобием относятся к жаропрочным. Они способны противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах. При выборе электродов для этих сталей основное требование - обеспечить необходимый уровень жаропрочности металла шва. Это достигается за счет получения химического состава швов, близкого основному металлу. Такому условию наиболее полно удовлетворяют электроды типов Э-12Х11НМФ марки КТИ-9А, Э-12Х11НВМФ марки КТИ-10, Э-14Х11НВМФ марки ЦЛ-32.

Электроды для коррозионностойких кислотостойких сталей. Основное требование при выборе электродов для сварки кислотостойких сталей - это обеспечение коррозионной стойкости металла шва в жидких агрессивных средах при нормальных и повышенных температурах и давлениях. К наиболее агрессивным жидким средам относятся кислоты и их растворы, которые обладают как окислительными, так и неокислительными свойствами.

Для сварки конструкций из кислотостойких сталей, работающих в неокислительных жидких средах при температурах до 360°С и не подвергающихся термической обработке после сварки, рекомендуются электроды марок ЭА-400/10Т, ЭА-400/10У и др., марок ОЗЛ-8 и др., марки ЭА-606/10 и т.п. Термическая обработка сварных соединений, выполненных этими электродами, не допускается.

Для конструкций, работающих в неокислительных или малоокислительных жидких средах, для которых после сварки необходим отпуск, рекомендуются электроды марки ЭА-898/19 и др., которые обеспечивают стойкость шва против межкристаллитной коррозии как в исходном состоянии, так и после отпуска.

Конструкции, которые эксплуатируются в окислительных жидких средах, например в азотной кислоте, рекомендуется сваривать электродами типа Э-08Х19Н10Г2Б марок ЦТ-15, ЗИО-3 и др.

Для низкоуглеродистых кислотостойких сталей, содержащих до 0,03% углерода, используются электроды типов Э-04Х20Н9 марок ОЗЛ-14А, ОЗЛ-36; Э-02Х20Н14Г2М2 марок ОЗЛ-20 и др.

Электроды для сварки коррозионностойких высокопрочных сталей. Выбор электродов для таких сталей весьма ограничен. Так, для сталей 12X21Н5Т, 08Х21Н6М2Т рекомендуются электроды, дающие металл шва по структуре не однотипный с основным металлом, а иной. В этом случае применяют электроды типов Э-08Х20Н9Г2Б марок ЦЛ-11, ОЗЛ-7 и др. Можно использовать электроды типа Э-09Х19Н10Г2М2Б марок ЭА-902/14, АНВ-36, ЭА-400/13 и др. Для высоколегированных сталей 12Х25Н5ТМФЛ и 10Х25Н6АТМФ предусмотрен один тип электродов - Э-08Х24Н6ТАФМ, к которому относятся электроды марки Н-48. Металл шва равнопрочен основному металлу толщиной до 200 мм. Электроды этого типа можно использовать и для сталей 12Х21Н5Т, 08Х21Н6М2Т. Для сталей 08Х22Н6Т и 08X21Н6М2Т разработаны электроды ОЗЛ-40 и ОЗЛ-41, которые повышают коррозионную стойкость швов при работе в щелочных средах.

Электроды для сварки жаростойких (окалиностойких) сталей. Жаростойкими (окалиностойкими) считаются стали, способные противостоять химическому разрушению поверхности в воздухе или в другой газовой среде при температурах выше 850°С в ненагруженном или слабонагруженном состояниях. Они содержат до 20-25% хрома и работают при температурах до 1050°С и выше.

Жаростойкость наплавленного металла до 1000°С на сталях 20Х23Н13, 20Х23Н18 и др. достигается электродами типа Э-10Х25Н13Г2 марок СЛ-25, ОЗЛ-6, ЦЛ-25.

Для сварки жаростойких сталей, долго работающих при температурах выше 1000°С, следует применять электроды типа Э-12Х24Н14С2 марок ОЗЛ-5, ЦТ-17 и др., а также электроды типа Э-10Х17Н13С4 марки ОЗЛ-29, обеспечивающие жаростойкость до температуры 1100°С в окислительных и науглероживающих средах. Для конструкций, работающих в серосодержащих средах, применяют безникелевые высокохромистые жаростойкие стали 15Х25Т, 15X28 и др.

Электроды для сварки жаропрочных сталей. К жаропрочным относятся стали, которые работают в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладают при этом достаточной стойкостью против образования окалин. Высокая жаропрочность хромоникелевых сталей достигается за счет увеличения содержания никеля и дополнительного легирования титаном, ниобием, молибденом, вольфрамом и др.

Следует учитывать, что жаропрочность сварных соединений может существенно отличаться от жаропрочности основного и наплавленного металлов. Поэтому выбор электрода по принципу равной или близкой жаропрочности шва и основного металла оправдывается только для кратковременных ресурсов работы сварных соединений. Для длительных ресурсов лучше брать электроды, дающие более пластичный металл шва. Этому принципу соответствуют электроды, легирующие металл шва молибденом, - типа Э-11Х15Н25М6АГ2 марок ЭА-395/9, ЦТ-10, НИАТ-5 и типа Э-08Х16Н8М2 марки ЦТ-26.

Для сварки жаропрочных сталей, содержащих до 16% никеля и работающих при температурах до 600-650°С, а также если сварные соединения после сварки подвергаются термообработке посредством отпуска, применяются электроды типов Э-09Х19Н11Г3М2Ф марок КТИ-5, ЦТ-7 и Э-08Х19Н10Г2Б (см. выше) марок ЦТ-15 и ЗИО-3.

При сварке корневых слоев многослойных стыковых швов жаропрочных сталей, когда перемешивание основного металла с наплавленным велико и не обеспечивает технологическую прочность швов, следует применять электроды типа Э-08Х20Н9Г2Б марки ЦТ-15-1.

Для сварки жаропрочных сталей, содержащих 35% никеля и легированных ниобием, которые работают при температурах до 700-750°С, применяют электроды типа Э-27Х15Н35В3Г2Б2Т марок КТИ-7 и КТИ-7А.

Для сварки жаропрочных сталей с 35% никеля, но без ниобия, однако легированных молибденом и марганцем, используют электроды типов Э-11Х15Н25М6АГ2 марок ЭА-395/9, НИАТ-5, ЦТ-10 и Э-09Х15Н25М6АГ2Ф марки ЭА-981/15. При этом надо учесть, что наплавленный такими электродами металл не стоек против межкристаллитной коррозии в состоянии после сварки и после термической обработки, Поэтому такие электроды непригодны, если конструкция работает еще и в жидкой агрессивной среде. Слои, контактирующие с агрессивной средой, следует выполнять электродами типа Э-07Х19Н11М3 (см. выше) марок ЭА-400/10У и ЭА-400/10Т.

Электроды для сварки разнородных сталей и сплавов

Разнородными сталями и сплавами считаются материалы, резко отличающиеся физико-механическими свойствами, химическим составом и свариваемостью. По признаку разнородности стали условно можно разделить на 4 группы: углеродистые и легированные, легированные повышенной и высокой прочности, теплоустойчивые, высоколегированные.

Сварка разнородных сталей и сплавов может существенно отличаться от сварки однородных материалов, так как возрастает вероятность появления трещин в металле шва, возникновения в зоне оплавления участков со структурной неоднородностью, чрезмерного роста остаточных напряжений из-за большой разницы в коэффициентах расширения свариваемых материалов.

Большинство электродов, используемых при сварке разнородных сталей и сплавов, относятся к электродам, предназначенным для сварки высоколегированных сталей и легированных сталей повышенной и высокой прочности, которые дают шов с однородной высокопластичной структурой металла.

Выбор электрода можно делать по таблице, составленной с учетом отечественного опыта сварки разнородных металлов.

Главная » Статьи » Одежда для сварки

Одежда для сварки

Варианты комплектации спецодежды для сварщика

Сварщики для проведения необходимых работ обязательно облачаются в специальный костюм.

Спецодежда для сварки защищает от теплового воздействия и от попадания искр на кожу и тканевые поверхности.

Приобрести униформу сварщика необходимо не только профессионалам, но и простым обывателям, которые изредка занимаются сварочным делом у себя в подвале, в гараже или на даче.

Требования к униформе

К спецодежде для сварщика применяются определенные требования, касаемые материалов изготовления, способа пошива и модельных расцветок.

Основной материал зимнего варианта формы – хлопчатобумажная ткань и бязь. Внешняя отделка создана из огнестойкого полотна, внутри ватный слой утеплителя. Цельноспилковая форма изготовлена из кожевенного спилка, дополнена подкладкой из хлопчатобумажного волокна. Для основного пошива используются огнеупорные нити.

Костюм сварщика имеет прямоугольный крой. Куртка и брюки сидят свободно, руки и ноги не обтянуты, не сдавлены. Сатиновое переплетение не дает раскаленным частицам сварки оседать на ткани спецодежды. На штанинах и рукавах отсутствуют манжеты, где могут собираться искры и угольки.

Курточка сварщика прикрывает ягодицы и бедра, ворот можно уложить на плечи или трансформировать в стойку. Накладные карманы оснащены плотно закрытыми нашивками. В костюме обязательно предусмотрены отверстия для охлаждения тела работника во время взаимодействия с повышенными температурами.

Расцветка униформы сварщика обычно выполняется в одной цветовой гамме – это темно-серый или так называемый мокрый асфальт.

Некоторые производители играют с его вариациями, но никогда кардинально не отходят от этого оттенка.

Санитарные нормы

При изготовлении униформы соблюдается ряд норм и требований:

• Применяются высококачественные материалы, способные противостоять высоким температурам и при этом не сковывать движения. Ткани соответствуют европейской системе стандартизации EN531, EN533, EN470-1.
• При изготовлении должны быть соблюдены нормы ГОСТ Р 12.4.247-2008 «Одежда специальная для защиты от искр и брызг расплавленного металла».

Какие функции должна выполнять одежда

Современная форма сварщика должна успешно справляться со следующими функциями:

• 

• отличаться надежной и прочной структурой ткани, обеспечивающей защиту от повышенных температур;
• быть практичной, долговечной, противостоять процессам возгорания и тления (костюм не должен начинать горение в течение как минимум одной минуты прямого взаимодействия с раскаленным веществом);
• не взаимодействовать с каплями горячего металла и других расплавленных элементов;
• не оказывать негативного воздействия на организм работника;
• сварочный костюм обязан отвечать санитарным нормам, быть экологически безопасным;
• обеспечить комфорт, свободу движения профессионалу, не мешать рабочему процессу;
• одежда не должна деформироваться во время эксплуатации;
• защищать работника от перегревов, вентилировать кожу;
• отличаться простым уходом и хранением.

Варианты комплектации, описание

В комплектацию сварочной формы входит маска (лицевой щиток) или особые очки, выполняющие защитную функцию и дополненные световыми фильтрами.

Летняя одежда сварщика состоит из штанов и куртки из плотного материала. На ноги работник надевает надежную обувь из натуральной кожи. Кисти рук защищены объемными перчатками или варежками.

В комплект зимнего варианта входит полукомбинезон и куртка. Бретели регулируются под рост сварщика, в области талии проходит эластичная лента. Вариант зимней спецодежды для сварщика представлен на фото:

Перчатки (или краги) выполнены из свиной или говяжьей кожи. Поверх нее они покрыты теплоустойчивым веществом. Зимние краги утеплены дополнительным слоем меха. Перчатки обязательно оборудованы раструбом, который обеспечивает быстрое освобождение рук сварщика. Внутренний слой изготовлен из натурального хлопчатобумажного волокна.

Выпускаются пятипалые, двух- и трехпалые перчатки. Первые подойдут для осуществления заданий, которые требуют повышенной точности исполнения. Вторые – для остальных видов работ.

Ботинки должны иметь металлоносок и полиуретановую укрепленную подошву. В опасных условиях отдается предпочтение обуви с нитриловой подошвой.

Правила хранения и ухода

После каждого рабочего процесса необходимо проверять костюм на наличие дефектов, прожогов, расхождений швов и других повреждений. Присутствие оборванных краев или дырок недопустимо. Форма должна быть вовремя починена профессионалами.

Хранить униформу сварщика нужно в помещении складского типа. Нельзя оставлять костюм надолго в условиях повышенной влажности. Опасно хранить сварочную форму вблизи открытого огня, возле легковоспламеняющихся веществ, по соседству с топливом, ацетоном, спиртом.

Форма отлично переносит все виды сухой очистки. Стирка возможна лишь для тех видов спецодежды, которые не пропитаны огнеупорными веществами. Для удаления загрязнений с ткани противопоказано применять хлорсодержащие вещества. Это провоцирует понижение защитных свойств материала. Постиранную одежду необходимо тщательно прополоскать в прохладной воде.

Срок эксплуатации костюма сварщика зависит от интенсивности работ, от условий, в которых применяется экипировка. В среднем сварочную униформу меняют один раз за год.

Сварочные костюмы – что действительно защитит от брызг?

Высокая температура ванны расплава и всей металлической поверхности, открытый огонь, искры и брызги расплавленного металла способны нанести серьезные ожоги и травмы. Многие работы сопровождаются высоким уровнем шумов в результате обработки материала, высокой остается опасность поражения электрическим током.

Часто соединение металлов нужно выполнять в самых неожиданных условиях замкнутых пространств, сопровождаемых угрозами падений с высоты, соскальзывания предметов, работающих машин и механизмов и т.д. Защиту здоровья и элементарную физическую безопасность обеспечивает сварочная одежда, применение которой необходимо при любых видах этих работ.

Снабженные фильтрами очки, щиток или шлем, а также маски, шапочки или подшлемники из огнестойких материалов защищают глаза и лицо от горячих шлаков, искр, интенсивного излучения и света, факторов, вызывающих раздражения и химические ожоги. Для предохранения органов дыхания от угара, пыли, паров и окислов нужны респираторы.

Открытые участки кожи, как и все тело, должны быть закрыты от угрозы общих и точечных (локальных) ожогов огнестойкими куртками и брюками. Эта огнестойкая одежда для сварки, или роба, на штанах не должна иметь манжет, а карманы куртки – с закрывающими клапанами или липучками, исключающими попадание внутрь раскаленного шлака или искр.

Спецодежда для сварки должна быть изготовлена из стопроцентных натуральных плотных тканей (с пропиткой), лучше защищающих от ультрафиолета, раскаленного металла, открытого огня. Важно использование в работе чистой робы, без пятен масел, смазок или горючих смесей, без рваных краев, разрывов и потертостей.

Все они – потенциальная угроза ожоговых травм. Под курткой должна быть рубаха (темный цвет ткани предупреждает отражающий эффект) с длинным рукавом, застегнутыми манжетами и воротником (для защиты участков кожи шеи и запястий). Исключаются синтетические ткани, несущие дополнительную опасность ожогов.

Защита от сварочных брызг обеспечивается не только одеждой, но и требованиями ее ношения. Так, штаны должны быть навыпуск и полностью закрывать ботинки или голенища сапог. Часто локтевые участки куртки и коленные брюк усиливаются накладками из ткани или спилковой натуральной кожи.

Такая же кожа, покрывающая передние части куртки и штанов, хорошо защищает работника. Пуговицы куртки закрываются планкой. При работах не рекомендуется носить в карманах спички или зажигалки, представляющие еще один фактор угрозы возникновения открытого пламени.

Дополнительной хорошей защитой от раскаленных частиц металлов, при работе стоя или сидя, является кожаный фартук: он предохранит все тело от грудной клетки до щиколоток. Учитывая плотность материала робы и условия работы, сварочная спецодежда обязательно снабжается вентиляционными отверстиями в скрытых местах, таких как спинная и подмышечные части куртки. Выпускаются летние и зимние (утепленные) варианты спецовок.

К обуви и перчаткам или рукавицам свои требования. Рукавицы, а лучше перчатки с крагами, обеспечивая эффективную защиту, не должны мешать работе. Обувь (сапоги или ботинки) – из грубой кожи на толстой подошве из антипригарной резины, предохраняющей от опасности электрического травматизма, открытого пламени, высокой температуры и ожогов. Помогает качественному и безаварийному проведению процессов многочисленная оснастка для сварки, или вспомогательное оборудование.

Сюда относят всяческие зажимы и фиксаторы, столы, вращатели, колонны. Струбцины, фиксируемые клещи помогают выполнять начальное закрепление и размещение деталей и заготовок перед их соединением. Столы и рабочие места, вращатели, иная сварочная оснастка нужна при выполнении соединения в определенных техниках, в условиях особых флюсов и необходимости активного удаления продуктов и газов из зоны соединения.

Костюмы сварщика

• Костюмы сварщика цельноспилковые
• Костюмы сварщика спилковые

В компании «СпецПрофЗащита» вы можете купить костюм сварщика в Москве. Мы рады предложить качественную продукцию, которая изготавливается из спилка и брезента. Представленная одежда может активно использоваться как в закрытых цехах, так и на улице.

Основные достоинства представленных моделей

1. Соответствие установленным стандартам. Одежда для сварщика создается по действующему ГОСТу.
2. Гарантированное качество. Одежда для сварщиков выполняется из износостойких и практичных материалов. Брезент и спилок демонстрируют стойкость к многочисленным воздействиям. Благодаря этому пользоваться костюмами можно на протяжении длительного времени.
3. Практичность. Костюм брезентовый для сварщика, другие модели не нуждаются в специальном уходе и обслуживании.
4. Высокая надежность. Представленная спецодежда надежно защищает от брызг расплавленного металла, искр, перепадов температур, влаги и др.
5. Лаконичный дизайн. Любой костюм сварщика выглядит стильно и современно.
6. Функциональность. Костюмы не только защищают от ожогов, но и хорошо сохраняют тепло зимой и прохладу летом.
7. Удобство использования. Спецодежда сварщика конструируется опытными специалистами. Благодаря этому она не стесняет движений. Даже самый плотный костюм для сварщика зимний позволяет успешно решать все задачи.

Основные преимущества заказа одежды в нашей компании

1. Широкий ассортимент продукции. У нас вы можете заказать зимний костюм, летние модели. Все изделия представлены в широкой размерной линейке.
2. Оптимальная стоимость продукции. Цена на костюм сварщика брезентовый, спилковую модель приятно удивит даже экономных клиентов. Продажа всех товаров в интернет-магазине осуществляется на максимально выгодных условиях.
3. Удобный каталог. Благодаря ему вы быстро сориентируетесь в ассортименте.
4. Возможности для заказа моделей оптом и в розницу. Вы можете заказать как один костюм летний облегченный, так и 100 изделий, другое их количество.
5. Возможности для заказа нестандартных изделий. Индивидуальное производство костюмов сварщика не займет много времени.
6. Возможности для нанесения на сварочный костюм фирменной символики.
7. Оперативная доставка.

Какая должна быть спецодежда у сварщика

Чтобы защитить сварщика от брызг расплавленного металла, искр и окалины, недостаточно обычной одежды с длинным рукавом и брюк — требуется специальное обмундирование, более известное как костюм сварщика. Из каких элементов он состоит? Каким требованиям должен отвечать? Какой материал наиболее предпочтителен? Далее — ответы на эти и другие вопросы.

Требования к амуниции

Базовые элементы одежды сварщика

Главный критерий высокого качества костюма для сварщика — устойчивость к прожиганию каплей расплава металла единицы поверхности за малый временной интервал. Он регламентируется ГОСТом 12.4.250-2013 «ССБТ. Одежда специальная для защиты от искр и брызг расплавленного металла. Технические требования».

Базовые элементы одежды сварщика — это куртка и брюки. Материал их обладает высокой тепловой устойчивостью, что достигается использованием текстильного полотна и пропиток, повышающих огнеупорность. Размеры брюк и куртки сварщика должны быть не стесняющими движения и качественно сшитыми. То есть при необходимости работник легко поднимает руку или сгибает ее в локте, а складок на одежде не образуется.

Открытые места сварочного костюма (штанины, манжеты) плотно прилегают к телу, чтобы капля металла не попала в уязвимое место. Это еще опаснее, чем прожигание защиты. Плотность застежки, полный комплект пуговиц, особая форма прилегающего воротника — дополнительные требования, которым отвечает хорошая спецодежда сварщика.

При сварке некоторые участки тела подвергаются наибольшему риску, нежели остальные. В данных местах (грудь, предплечья, передняя поверхность бедра) выполняются специальные накладки, придающие дополнительную огнестойкость ткани.

Если перечисленные требования выполняются, остается лишь правильно надеть костюм и приступить к работе.

Классификация одежды по ГОСТ

Вернемся к ранее названному документу. Так, спецодежда для сварщика делится на несколько классов в зависимости от степени обеспечиваемой защиты:

• I — служит для сварки на расстоянии от источника брызг минимум 2 метра, применяется при действиях на сварочных линиях (в т.ч. автоматических), аппаратах, устройствах для плазменной резки металла;
• II — для работ ручными устройствами на расстоянии от источника опасности около 0,5 м при полевых или монтажных условиях;
• III — для ручной работы на расстоянии от источника расплавленных брызг около 0,5 м в помещениях малой площади (в т.ч. цистерны, контейнеры, а также при монтаже железнодорожных полотен или газовой резке металла).

Дополнительно обмундирование работника должно обеспечивать защиту от лучей ультрафиолета в соответствии с ГОСТ 12.4.105.

Классификация костюмов по материалу

Чем диктуется различие в ценах на внешне схожие комплекты? Главное отличие — материал изготовления. Ниже разобрано, благодаря каким из них одежда для сварщика становится наиболее устойчивой к внешним воздействиям.

• Кожа. Достоинствами выступают отличная защита от металлической окалины и плотность материала. Недостаток — у большинства комплектов отсутствуют прорези, и сварщику попросту станет жарко работать. Кожа плохо пропускает воздух. Решить проблему можно созданием перфорации, однако это снизит общие защитные свойства.
• Брезент. Отлично вентилируемый материал при высокой плотности, неплохая защита, однако есть риск возгорания куртки или брюк при долгом воздействии высоких температур. Рекомендованы лишь для периодических или непродолжительных работ. К тому же, пользователю придется отвлекаться на стряхивание окалины.
• Замша. Пригодна при долгих полевых работах, но ей присущи недостатки брезентового аналога. Зато внутренняя подкладка данных моделей всегда пропитывается веществом, стойким к воздействию влаги.
• Спилок. Утолщенная кожа — наиболее оптимальный вариант. Различают костюм сварщика цельноспилковый и с отдельными вставками из материала. Первый предпочтительнее, но второй тоже хорош, особенно при обработке кожей мест, наиболее подверженных воздействию опасных факторов труда (см. выше).

Иные критерии классификации

Также выделяют костюмы для сварки летние и зимние. Первые создаются из тонких отрезков нужного материала, дабы обеспечить пользователю должную защиту при сохранении удобства работы. Используется костюм при работах в закрытых помещениях. Вторые — утепленный вариант: внутрь подбивается подкладка из негорючего плотного спилка или брезента.

Кроме того, различают комбинированные костюмы (комбинезон сварщика) и подборные (когда брюки и куртка являются двумя разными предметами).

В качестве итогов вышесказанного — пара советов:

• для летних полевых, цеховых работ или сварки на ограниченном пространстве использовать летний вариант костюма из брезента, замши или спилка;
• сварка зимой допускается только в утепленной одежде;
• подборные костюмы предпочтительнее с точки зрения быстрого снятия, если возгорание все же произошло;
• одежда должна быть удобна;
• желательно, чтобы в костюме были предусмотрены прорези для притока воздуха к телу человека.

Современная промышленность предлагает предприятиям и частным специалистам сотни изделий для сварки, к которым относится защитный костюм. Подходящий вариант выбирается только после анализа условий труда, а перед покупкой по возможности примеряется. Если вам известны нюансы покупки одежды для сварки или вы имеете опыт ношения изделий конкретной марки, поделитесь информацией в комментариях к статье.

Статьи / Инструмент и принадлежности /

Сварка. Инструменты и принадлежности сварщика.

СВАРОЧНЫЙ ПОСТ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМИСЯ ЭЛЕКТРОДАМИ

Специально оборудованное рабочее место для сварки называют сварочным постом.

Сварочный пост (рисунок 38) состоит из сварочного аппарата - источника питания дуги электрическим током, комплекта сварочных проводов, электрододержателя и собственно самого рабочего места, на котором работает сварщик. При постоянном расположении сварочный пост называют стационарным постом, при переменном - передвижным.

Рисунок 38 - Сварочный пост для ручной дуговой сварки 1 - источник питания; 2 - ящик для электродов; 3 - ящик для инструмента; 4 - стеллажи для деталей и готовых сварных узлов; 5 - стул сварщика; 6 - стол сварщика; 7 - печь для прокалки электродов

Пост дуговой сварки постоянного тока включает:

- источник питания постоянного тока;

- балластный реостат;

- амперметр и вольтметр постоянного тока;

- сварочные провода;

- комплект инструментов сварщика: электрододержатель, маска (щиток), щетка металлическая, зубило-молоток, клеймо сварщика, пенал для электродов.

Пост сварки переменного тока отличается источником питания и типом измерительных приборов. Балластный реостат отсутствует.

Стационарные сварочные посты размещают в цехах для изготовления сварных строительных конструкций. К посту подают собранную под сварку конструкцию, и при выполнении нескольких сварных швов сварщик передвигается и его рабочее место меняется от шва к шву, а источник питания током и пусковая аппаратура остаются на месте. Передвижение сварщика может быть в пределах длины сварочного кабеля - не более 30 - 40 м; при большей длине растет падение напряжения в сварочной цепи, что препятствует нормальному процессу сварки.

При сварке небольших изделий сварочный пост оборудуют в открытой сверху кабине размерами в плане 2000 2000 мм; 2000 3000 мм и высотой не менее 2 м, которую изготавливают из любых несгораемых материалов (тонкие стальные листы, асбестоцементные плиты и т. п.). Вход в кабину делают в виде штор из брезента с огнестойкой пропиткой, а пол - из огнестойких материалов. Между стенками кабины и полом должен быть зазор не менее 50 (обычно 150 - 300) мм для вентиляции. Кабины должны освещаться естественным или искусственным светом (80 - 100 лк), вентилироваться (воздухообмен 40 м3/ч) и иметь местную вентиляцию. В кабине устанавливают металлический сварочный стол высотой 0,5 - 0,6 м (для работы сидя) или 0,9 м (для работы стоя). Вместо стола может быть установлен кантователь, позиционер или другое механическое оборудование, облегчающее поворот изделия для удобства сварки.

Сварщику необходим набор инструментов и принадлежностей и он должен быть обеспечен средствами личной защиты и спецодеждой.

Инструменты и принадлежности.

К инструментам сварщика относятся:

1) Электрододержатель, от которого зависит производительность и безопасность труда. Электрододержатель должен быть лёгким (не более 0,5 кг) и удобным в обращении.

2) Щиток или маска применяется для предохранения глаз и кожи лица сварщика от вредного влияния инфракрасного излучения и брызг металла.

3) Сварочные провода, по которым сварочный ток поступает от сварочного аппарата к месту работы марки ПРГ, АПР, ПРГД, КГ, КОГ и др. с резиновой изоляцией.

К принадлежностям сварщика относятся:

- стальная щётка, применяемая для зачистки металла от грязи, ржавчины перед сваркой и шлака после сварки;

- молоток с заострённым концом для отбивки шлака со сварных швов и для поставки личного клейма;

- зубило для вырубки дефектных мест сварного шва.

Для замера геометрических размеров швов сварщику выдают набор шаблонов или универсальный шаблон сварщика УШС (рисунок 39).

Шаблон сварщика универсальный предназначен для контроля элементов разделки под сварной шов, электродов и элементов сварного шва.

Обозначение: «Шаблон сварщика универсальный УШС 3 модели 00314 ТУ 3936-050-00221190-99». Основные технические характеристики шаблона:

- диапазон измерения глубины дефектов (вмятин, забоин) глубины разделки шва до корневого слоя, превышения кромок (шкала Г), 0 - 15 мм;

- диапазон измерения высоты усиления шва (шкала Г), 0 - 5 мм;

- диапазон измерения величин притупления и ширины шва (шкала Е), 0 - 50 мм;

- диапазон измерения величины зазора (шкала И), 0,5 - 4 мм;

- диапазон измерения углов скоса кромок (шкала Д), 0 - 45 град.;

- номинальные значения диаметров электродов, измеряемых шаблоном (пазы Ж): 1; 1,2; 2; 2,5; 3; 3,25; 4; 5 мм;

- масса (не более), 0,18 кг.

Устройство и принцип работы.

Шаблон состоит из основания 1, соединенного осью 4 с движком 2 и закрепленного на движке указателем 3 (рисунок 39).

Рисунок 39 - Универсальный шаблон сварщика УШС-3

Контроль производится следующим образом:

1. Контроль глубины раковин, глубины забоин, превышение кромок глубины разделки стыка до корневого слоя и высоту усиления шва производят при установке шаблона поверхностью А на изделие, затем поворотом движка 2 вокруг оси 4 ввести указатель 3 в соприкосновение с измеряемой поверхностью. Результат считывается против риски К по шкале Г.

2. Контроль зазора производится введением движка 2 его клиновой частью в контролируемый зазор. По шкале И, нанесенной на движке, считывается результат.

3. Контроль притупления шва, ширины шва производить при помощи шкалы Е, пользуясь ею как измерительной линейкой.

4. Контроль углов скоса кромок производится при установке шаблона поверхностью Б на образующую изделия. Затем, поворотом движка 2 совместить без зазора его поверхность В с измеряемой поверхностью. Результат считывается по шкале Д против поверхности движка В.

5. Определение диаметров проволоки производится с помощью пазов Ж. Показатели назначения. Наименование показателя. Единица измерения. Значение. Контроль глубины дефектов (вмятин, забоев), глубины разделки шва до корневого слоя, превышение кромок (шкала Г), 0 - 15 мм. Контроль высоты усиления шва (шкала Г), 0 - 5 мм.

Контроль величины притупления и ширины шва (шкала Е), 0 - 50 мм. Контроль зазоров (шкала И), 0,5 - 4,0 мм. Контроль углов скоса кромок (шкала Д), 0 - 45 град. Определение номинального значения диаметра электродов, 1,0; 1,2; 2,0; 2,5; 3,0; 3,25; 4,0; 5,0 мм.

Также сварщик пользуется некоторыми измерительными инструментами (линейка, рулетка). Для проверки углов используется угольник.

Шумопоглощающие перегородки и кабины

Шумопоглощающие перегородки и кабины предназначены для организации постов сварки, зачистки и т.п. и предохраняют окружающих от производственного шума, от сварочных брызг, шлифовальных искр и т.п.

Шумопоглощающие перегородки и кабины могут применяться для организации одиночного рабочего места, а также для разграничения на отдельные участки целого цеха.

Ассортимент шумопоглощающих перегородок достаточно широк.

Простые шумопоглощающие перегородки позволяют легко ограничить временное рабочее место или получить отдельную кабину сварщика, которую легко собирать/разобрать и установить на новом месте.

Модульные шумопоглощающие перегородки, предлагаемые сегодня промышленностью, позволяют легко получить отдельную кабину сварщика, увеличить площадь имеющейся кабины, создать комплекс кабин. Все элементы легко собирать/разобрать и установить на новом месте.

Электрододержатели

Основным рабочим инструментом сварщика при ручной сварке служит электрододержатель. Он предназначен для крепления электрода и подвода к нему сварочного тока. Электрододержатели применяются для проведения ручной электродуговой сварки и строжки всеми типами покрытых электродов. Они должны выдерживать 8 - 10 тыс. зажимов, быть легкими (масса не более 0,5 кг), также должны обеспечивать надежное закрепление электрода в необходимом для сварки положении, обладать надежной электроизоляцией, не нагреваться при работе, время замены электрода должно составлять не более 4 с.

Существуют два основных типа электрододержателей:

- электрододержатели винтового типа (рисунок 40) состоят из удобного держателя, исключающего проскальзывание в руке, и верхней поворотной части при помощи которой надежно удерживается электрод. Электрод вставляется в специальное отверстие в верхней поворотной части держателя;

- электрододержатели с зажимом (рисунок 41) имеют зажимную часть, также надежно удерживающую электрод. Электрод вставляется в этот зажим.

Рисунок 40 - Электрододержатель винтового типа

Рисунок 41 - Электрододержатель пассатижного типа

а - схема; б - общий вид 1 - защитный колпачок пружины; 2 - пружина; 3 - рычаг с верхней губкой; 4 - теплоизоляция; 5 - нижняя губка; 6 - конус резьбовой втулки

Другие внешние отличные электрододержатели являются модификациями вышеописанных конструкций.

Условное обозначение электрододержателя по ГОСТ 14651 состоит из типа электрододержателя, номера модификации электрододержателя, вида климатического исполнения, категории размещения по ГОСТ 15150-69 и обозначения настоящего стандарта.

Номер модификации электрододержателю присваивает Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования (ВНИИ- ЭСО) Министерства электротехнической промышленности.

Пример условного обозначения электрододержателя на номинальный сварочный ток 250 А, модификации 17, вида климатического исполнения У1 по ГОСТ 15150-69: электрододержатель ЭД-2517 У1 ГОСТ 14651-78.

Конструкция электрододержателей сочетает в себе удобство использования, долговечность и надежную фиксацию электродов любых диаметров. Варианты исполнения электрододержателя предназначены для использования при сварке с силой тока до 200 А и 300 А соответственно.

Согласно ГОСТ 14651-78 электрододержатели выпускаются трёх типов в зависимости от силы сварочного тока: 1 типа - для тока 125 А; 2 типа - 125 - 315 А; 3 типа - 315 - 500 А.

По электробезопасности электрододержатели должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.007.8-75.

Существуют специальные электрододержатели - например, для безогарковой сварки, для подводной сварки (на них ГОСТ 14651 не распространяется).

Сварочные кабели, кабельные разъемы и наконечники

Сварочные кабели.

Для подвода тока к электрододержателю и изделию от источника питания применяют гибкие сварочные кабели марок РГД, РГДО, РГДВ, КГ, КОГ, КПГ, КСсш. Длина гибкого кабеля, к которому подсоединен держатель электродов, обычно равна 2 - 3 м, остальная его часть может заменяться кабелями марок КРПГН, КРПНТ и КРПСН. Применять кабель длиной более 30 - 40 м не рекомендуется, так как это вызывает значительное падение напряжения в сварочной цепи, что отрицательно сказывается на качестве сварки. Кабель, соединяющий свариваемое изделие с источником питания, может быть более жестким и менее дорогостоящим, например ПРН. Сечение сварочных кабелей выбирают в зависимости от тока дуги и допустимых нагрузок для конкретной марки кабеля.

Кабель сварочный КСсш (рисунок 42) предназначен для соединения при дуговой сварке электродержателей, автоматических и полуавтоматических сварочных установок с источником питания на номинальное переменное напряжение до 220 В номинальной частоты 50 Гц или постоянное номинальное напряжение 700 В.

Конструкция: токопроводящая жила медная, многопроволочная, класса 5 для жил сечением от 10,0 до 95,0 мм2 и класса 4 для жил сечением 120,0 мм2 по ГОСТ 22483-77; изоляция: первый слой, состоящий из сшитого полиэтилена, накладывается обжатием, придавая кабелю круглую форму, второй слой - из поливинилхлоридного пластиката.

Рисунок 42 - Общий вид сварочного кабеля КСсш

Количество жил: 1.

Сечение: 10,0; 16,0; 25,0; 35,0; 50,0; 70,0; 95,0; 120,0 мм2.

Сварочный кабель КГ - одножильный гибкий изолированный провод, сплетенный из большого числа медных, отожженных и про- луженных проволочек диаметром 0,18 - 0,2 мм. Поставляемый сварочный кабель соответствует ТУ 16 К73.05-93. Обозначение: КГ (КОГ) 1 25 - кабель гибкий (особо гибкий), 1 - одна жила в кабеле, цифры после знака умножения - сечение жилы кабеля. Кабель КГН - с нулевой жилой.

Конструкция: токопроводящая жила медная, многопроволочная, круглой формы, 5 класса по ГОСТ 22483. Токопроводящие жилы кабелей, предназначенных для работы в районах с тропическим климатом, изготовлены из медной проволоки луженой оловом или покрытой оловянно-свинцовым припоем с содержанием олова не менее 40 %.

Разделительный слой - синтетическая пленка, допускается наложение изоляции без пленки при отсутствии залипания резины.

Изоляция - из резины изоляционной. Изолированные жилы имеют отличительную расцветку сплошную или в виде продольной полосы. Изоляция нулевой жилы выполняется голубого цвета; если нулевая жила отсутствует, голубой цвет применяется для расцветки любой жилы, кроме заземляющей. Жила заземления имеет зелено- желтый цвет или обозначена цифрой 0. Расцветка одножильных и двухжильных кабелей не нормируется. Цвета красный, серый, белый и, если не в сочетании, зеленый и желтый не используются для расцветки жил многожильных кабелей.

Скрутка - изолированные жилы скручены с шагом скрутки не более 16 диаметров по скрутке.

Разделительный слой - поверх скрученных жил - синтетическая пленка или тальк, или другой аналогичный материал. Допускается изготовление без пленки при условии отделения изолированных жил от оболочки.

Оболочка - из резины шланговой. Оболочка кабелей, предназначенных для эксплуатации в районах с холодным климатом, изготовлена из резины шланговой в холодостойком исполнении. Оболочка кабелей, предназначенных для эксплуатации в тропических условиях, изготовлена из антисептированной резины. В одножильных кабелях марки КГ допускается замена изоляции и оболочки изоляционно-защитной оболочкой. Номинальная толщина изоляционнозащитной оболочки равна сумме номинальных толщин изоляции и оболочки или удвоенной толщине изоляции.

Сварочный кабель КГ предназначен для присоединения передвижных механизмов к электрическим сетям при переменном напряжении 660 В частотой до 400 Гц или постоянном напряжении 1000 В, при изгибах с радиусом не менее 8 диаметров кабеля при допустимой температуре нагрева токопроводящих жил до плюс 75 оС.

Для кабелей в тропическом исполнении к марке кабеля добавляют через дефис букву «Т». Для кабелей в холодостойком исполнении к марке кабеля добавляют через дефис буквы «ХЛ». В условное обозначение кабелей с нулевой жилой к марке добавляется буква «н», кабелей с двумя и тремя основными жилами и одной или двумя вспомогательными жилами - буква «в».

Характеристики кабеля КГ, предназначенного для присоединения электрододержателя и зажима заземления к источнику сварочного тока, представлены в таблице 6.

Как подобрать сварочный кабель?

Сварочный кабель подбирается в зависимости от параметров сварки.

При предварительном расчете необходимо исходить из того, что плотность тока в кабеле при номинальном значении сварочного тока данного источника питания не должна превышать 5 А/мм . Например, для номинального тока сварки 250 А сечение сварочного кабеля S равно 50 мм , а суммарное сопротивление R прямого и обратного провода должно быть не более 2:250 = 0,008 Ом. Допустимая для заданного сечения общая длина L прямого и обратного провода определяется из простой формулы R = pl/S. Для кабеля с медными жилами (p= 0,017 Л0"6 Омм) она составит около 24 м, т. е. длина как прямого, так и обратного провода равна 12 м. Более точные параметры эксплуатации кабелей необходимо брать из паспортных данных.

Площадь сечения сварочного кабеля и его длину желательно подбирать таким образом, чтобы падение напряжения в соединительных проводах (прямом и обратном) сварочного контура не превышало 2 В. При этом падение напряжения определяют как разность напряжений, измеренных на зажимах сварочной цепи источника питания (трансформатора, выпрямителя, агрегата) и между электродом и изделием.

Зажимы для обратного провода (клеммы заземления)

При подключении источника питания к сварочной цепи следует обращать внимание на качество электрических контактов на выходных клеммах аппарата и в местах подсоединения изделия и электрода.

Обратный провод, т. е. провод, соединяющий свариваемое изделие или приспособление с источником питания, может быть менее гибким и обычно изготовляется из более дешевого провода марки ПРГ, ПРН (ГОСТ 1977-68). Обратный провод часто снабжают быстродействующим зажимом (клеммой) из электропроводного металла для присоединения к свариваемому изделию.

Зажимы для проводов могут быть пружинного (рисунок 43) или винтового типа с насечками для надежного электрического контакта даже в тех случаях, когда металл не совсем очищен. Желательно предусмотреть возможность подвода тока через обе губки зажима. Часто при работе в стационарных условиях обратный провод заменяют медной, алюминиевой или стальной шиной. Сечение стального шинопровода по сравнению с медным должно быть увеличено, так как удельное сопротивление стали значительно больше. Кроме того, при сварке на переменном токе учитывают дополнительные потери, связанные с поверхностным эффектом, т. е. с явлением неравномерной плотности тока в проводниках (увеличение плотности тока на периферии и снижение внутри проводника).

Рисунок 43 - Зажимы пружинного типа

Зажимы обеспечивают отличный контакт с изделием, отличаются надежностью и долговечностью, предназначены для использования при сварке с силой тока до 150 - 200 и 300 - 400 А.

Выпускаются также клеммы-струбцины (рисунок 44) и магнитные клеммы (рисунок 45).

Рисунок 44 - Клемма-струбцина

Рисунок 45 - Магнитная клемма

Соединители сварочных проводов. Для соединения сварочных проводов (кабелей) применяются специальные соединители. Примером могут служить соединители кабельные неразъемные СКН-25 (250А), СКН-31 (315А) и СКН-50 (500 А) с винтовым соединением при редком разъединении кабеля. Изготавливаются в климатическом исполнении У категории размещения 1 по ГОСТ 15150 (рисунок 46).

Разъемные соединители типа СКР (рисунок 47) предполагают частое разъединение.

Соединители кабельные неразъемные СКНП и разъемные панельные СКРП (рисунок 48) могут крепиться на жестком основании.

Рисунок 46 - Соединитель кабельный неразъемный СКН

Рисунок 47 - Соединитель кабельный разъемный типа СКР

Рисунок 48 - Соединитель кабельный неразъемный панельный СКНП (а) и разъемный панельный типа СКРП (б)

Защитные средства от излучения сварочной дуги

В качестве защитных средств от излучения сварочной дуги применяются как коллективные средства в виде непрозрачных щитов, ширм, занавесок из негорючих материалов, так и индивидуальные защитные средства: ручные и наголовные щитки, очки, шлемы, экраны.

Коллективные защитные средства:

- металлические перегородки, щиты, ширмы, выкрашенные матовыми небликующими красками;

- брезентовая ткань, пропитанная огнестойким составом, в виде занавесок и штор;

- синтетические шторы из огнестойких полимерных материалов.

Индивидуальные защитные средства:

- ручные защитные щитки и непрозрачного материала: фибры, электрокартона, полимерных самозатухающих материалов;

- наголовные защитные щитки из тех же материалов трех конструкций: щиток, каска-маска, щиток с принудительной подачей воздуха;

- наголовные шлемы (защита затылочной части головы);

- наголовный мягкий щиток - «чулок» из спилка для работ в стесненных условиях.

На защитные щитки для электросварщика есть 2 стандарта: ГОСТ 12.4.023-84 «Щитки защитные лицевые. Общие технические требования и методы контроля», ГОСТ 12.4.035-78 «Щитки защитные лицевые для электросварщиков. Технические условия».

На светофильтры есть стандарт ГОСТ 216-87.

Условное обозначение щитка буквенно-цифровое:

Х - Х ХХ ХХ ГОСТ 12.4.035-78, где

Х - тип щитка (НН, ННП, РН, РНП, УМ);

Х - марка светофильтра по ОСТ 216-87;

ХХ - двухзначный номер модификации щитка;

ХХ - вид климатического исполнения по ГОСТ 15150-69.

В первой позиции сочетания букв означают:

НН - щиток с наголовным креплением с непрозрачным корпусом.

ННП - щиток с наголовным креплением с непрозрачным корпусом с подвижным стеклодержателем.

РН - щиток ручной с непрозрачным корпусом.

РНП - щиток ручной с непрозрачным корпусом с подвижным стеклодержателем.

УН - щиток универсальный с непрозрачным корпусом.

Пример обозначения: Щиток НН-5 05 У1 ГОСТ 12.4.035-78 - щиток наголовный с непрозрачным корпусом со светофильтром С5 по ГОСТ 12.4.080-79, модификации 05, климатическое исполнение У1.

Защитные очки (маски). Электрическая дуга ослепляюще действует на глаза сварщика и других близко находящихся людей. Кроме того, в спектре дуги содержатся невидимые ультрафиолетовые (УФ) и инфракрасные (ИК) лучи, вызывающие воспаление слизистой оболочки глаз и ожоги кожи. Для защиты лица и глаз сварщики применяют очки (рисунок 54), щитки или маски (ГОСТ 1361-69*) со специальными светофильтрами (ГОСТ 9497-60*).

Рисунок 54 - Очки «ФУТУРА 9180.041»

Очки рекомендуются для использования вблизи проведения газосварочных работ. Оптический класс № 1 (не дает искажения, не имеет ограничения по длительности ношения). Обеспечивают защиту от УФ-лучей и ИК-излучения (степень защиты 1,7). Имеют покрытие против царапин и брызг расплавленного металла. Дужки регулируются по длине и углу наклона линзы. Мягкие подушечки Дуофлекс на заушниках создают дополнительных комфорт.

Линза: ударопрочный поликарбонат.

Зеленая линза поглощает все излучения, которые возникают при газосварочных работах: ИФ, УФ и яркий свет.

Соответствуют ГОСТ 12.4.013-97, EN 166-168, 170.

Защита от излучения осуществляется специальными светофильтрами. В зависимости от условий работы выбирают стекло светофильтра определенного номера. С наружной стороны светофильтр закрывают обычным стеклом, которое меняют по мере его загрязнения.

Светофильтры следует подбирать с учетом применяемой силы тока.

Появление специальных светофильтров «Хамелеон» стало этапом в индустрии защитных средств для сварщиков.

Автоматически затемняемый светофильтр предназначен для защиты глаз сварщика от светового излучения в видимой части спектра: затемнение усиливается при начале сварки, что позволяет легко контролировать начало сварки без опасности ослепить глаза («поймать зайчика», как говорят сварщики).

Светофильтр изготовлен по принципу «слоеного пирога», где несколько слоев жидких кристаллов находятся между поляризационными пленками. Под напряжением жидкие кристаллы «выстраиваются» в определенном направлении, таким образом блокируя часть поляризованного света.

Следует также заметить, что наибольшую опасность при дуговой сварке составляет невидимое излучение в ультрафиолетовом и инфракрасном спектре. Даже неисправный светофильтр - «хамелеон» обеспечивает постоянную защиту от этих излучений благодаря постоянному УФ-, ИК-фильтру. Источником питания для схемы управления светофильтра могут служить заменяемые батареи (обычно литиевые элементы - «таблетки») и/или солнечные батареи.

Зависимость затемнения от угла падения света. Большинство «бюджетных» фильтров обеспечивают заданную степень затемнения в пределах (± 10) град. В 90 % случаев этого вполне достаточно (редко кто сваривает, искоса смотря на дугу). Тем не менее, фильтры ведущих производителей используют два, а то и три ЖК-слоя, чтобы максимально устранить этот эффект. Кроме того, некоторые фильтры используют технологию ADC (Angular Dependence Compensation), увеличивающую пределы гарантированного затемнения до (± 30) град. при использовании даже одного ЖК-слоя.

Время срабатывания (закрытия). Практически все современные «хамелеоны» обеспечивают время срабатывания меньше 0,001 с, чего достаточно для гарантированной защиты глаз.

Время срабатывания замедляется при падении температуры. Например, если при температуре +55 градусов время срабатывания может быть 0,08 - 0,1 мс, то при температуре минус 5 градусов - 0,5 - 0,9 мс. Поэтому нижняя температура для работы светофильтров обычно не ниже минус 10 градусов. Тем не менее, если маску не оставлять в неотапливаемом помещении или на улице, она может обеспечить нормальную работу при более низких температурах, в процессе работы «подогреваясь» теплом от сварочной дуги и самого сварщика.

Важно не только время, но и стабильность срабатывания независимо от таких факторов, как грязь, пыль, царапины на защитном стекле, состояние батареи и т. д.

При выборе светофильтров необходимо принимать во внимание фирму-изготовитель, оптический класс и сертификацию светофильтра, срок гарантии, количество и виды регулировок, возможность использования светофильтра при ТИГ-сварке. Рассмотрим подробнее эти требования.

1.              Фирма производитель. Следует выяснить:

- кем и когда изготовлен светофильтр (часто название маски - лишь торговая марка, никак не связанная с производителем). Также должен быть указан оптический класс и уровень сертификации светофильтра (оптический класс - три цифры, идущие через наклонную черту, например 1/2/1 сертификация - например, CE, DINplus);

- срок гарантии. Помните, что невидимое излучение может быть гораздо опаснее видимых вспышек; расплачиваться же за скупость придется собственным зрением.

2.              Количество и виды регулировок. Иногда совсем без регулировок. Иногда с регулировкой затемнения. Профессиональные светофильтры идут с тремя регулировками:

- затемнения (обычно от 9 до 13 DIN, что соответствует по ГОСТу С3-С9). Есть маски с автоматической/двухдиапазонной регулировкой затемнения;

- чувствительностью (можно настроить на защиту от яркого светового излучения нагретого металла или электрода). Очень нужная регулировка для профессиональных сварщиков;

- временем задержки открытия после окончания сварки (чтобы остыл металл и послесвечение «не било» по глазам, а также исключить открытие светофильтра при кратковременных паузах).

На некоторых моделях фильтров есть режим отключения фильтра (например, при работе шлифмашинкой).

- регулировки могут быть:

- внешними и/или внутренними: внутренние прямо на фильтре («колесики» или кнопки), внешние выносятся на левую сторону маски;

- плавными или ступенчатыми: плавная регулировка позволяет более точно установить комфортную степень затемнения. Внешние регулировки (главным образом регулировка затемнения) предпочтительны, если:

- в процессе сварки необходимо изменять сварочный ток без остановки процесса, например, при переходе от большой толщины металла к меньшей;

- вместе с маской вы используете средство защиты органов дыхания (например, автономный турбоблок, подающий очищенный воздух под маску).

3.              Подходит ли светофильтр для ТИГ-сварки?

Работоспособность на ТИГ-сварке (аргонодуговой сварке неплавящимся электродом) - обычно очень характерный показатель: если фильтр пригоден для ТИГ-сварки, он будет прекрасно работать и в ММА (штучными электродами), и в МИГ/МАГ (полуавтоматической сварке). Но не наоборот: некоторые «хамелеоны» нестабильно ведут себя на ТИГ-сварке - могут самопроизвольно открываться. Как правильно, для ТИГ-сварки необходимо наличие всех трех основных регулировок светофильтра.

Важен размер и вид защитного прозрачного стекла - в некоторых масках возможно использование лишь «своих» поликарбонатных стекол, что иногда приводит к завышенной стоимости и сложностям при покупке.

Масса, габариты маски, конструкция наголовника часто не менее важны для удобства, чем характеристики светофильтра.

Разнообразие модификаций масок сварщиков, изготавливаемых разными фирмами, позволяет выбрать необходимую не только по техническим характеристикам, но и по дизайну. Общий вид маски показан на рисунке 55.

Рисунок 55 - Маска сварщика

Характеристики маски сварщика (например, для маски SHINE):

- включение/отключение - автоматическое;

- смотровое окно - 100 49 мм;

- скорость затемнения - 100 мкс;

- защита от УФ/ИК излучения постоянно - 15 DIN;

- исходная степень затемнения - 4 DIN;

- плавная регулировка чувствительности;

- плавная регулировка степени затемнения 9 - 13 DIN;

- плавная регулировка времени просветления 0,1 - 0,9 с;

- наличие индикатора разряда элементов и самодиагностика;

- масса 540 г;

- рабочая температура минус 10 до плюс 50 оС.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ

Технология сварки углеродистых сталей

В углеродистых конструкционных сталях, широко используемых в машиностроении, судостроении и др., содержание углерода обычно составляет 0,06 - 0,9 %. Углерод является основным легирующим элементом и определяет механические свойства этой группы сталей. Повышение его содержания в стали усложняет технологию сварки и затрудняет возможности получения равнопрочного сварного соединения без дефектов.

По степени раскисления сталь изготавливают кипящей, полуспокойной и спокойной (соответствующие индексы «кп», «пс» и «сп»).

Низкоуглеродистые стали, содержание углерода в которых не превышает 0,25 %, хорошо свариваются в широком диапазоне режимов сварки независимо от толщины свариваемых элементов и температуры воздуха.

Сталь обыкновенного качества поставляют без термообработки в горячекатанном состоянии. Изготовленные из нее конструкции обычно не подвергают последующей термообработке. Эта сталь поставляется по ГОСТ 380-71 - на сталь углеродистую обыкновенного качества, ГОСТ 5520-69 - на сталь для котлостроения, ГОСТ 5521-76 - на сталь для судостроения.

Углеродистую сталь обыкновенного качества подразделяют на три группы. Сталь группы А для производства сварных конструкций не используют. Сталь группы Б поставляют по химическому составу, а группы В по химическому составу и механическим свойствам. Обычно для ответственных конструкций используют сталь группы В.

В зависимости от степени раскисления стали, содержания углерода, а также условий сварки и требований, предъявляемых к металлу шва, для сварки углеродистых сталей применяют электроды с кислым, основным, рутиловым и целлюлозным покрытиями. Во всех случаях стержень электродов изготавливают из сварочной проволоки Св-08 и Св-08А, а легирующие элементы (раскислители) вводят в сварочную ванну через покрытие.

Тип и марку электрода выбирают, руководствуясь следующими требованиями: обеспечение равнопрочности сварного соединения с основным металлом; отсутствие в швах дефектов; получение необходимого химического состава металла шва; обеспечение стойкости сварных соединений в условиях вибрационных и ударных нагрузок, при пониженных или повышенных температурах.

При выборе электродов учитывают назначение сварного изделия, степень его ответственности. В зависимости от степени ответственности свариваемого изделия используют электроды типов Э42 (ответственные) и Э42А (особо ответственные) марок ОММ-5, СМ-5, ЦМ-7, ОМА-2, УОНИ-13/45, СМ-11 и др.) электродами типа Э42 и Э42А.

С целью повышения прочности наплавленного металла и сварных соединений при сварке изделий из толстых листов (10 мм и более) в неудобных для сварщика положениях, в монтажных условиях, на строительных площадках применяют электроды типов Э46 и Э46А (АНО-3, МР-3, ОЗС-3, ОЗС-4 и др.) Прокалку электродов перед сваркой следует производить при температуре, указанной в паспорте.

Повышенное содержание углерода (0,26 - 0,45 % - среднеуглеродистые, более 0,46 % - высокоуглеродистые) затрудняет сварку этих сталей вследствие низкой стойкости шва к образованию кристаллизационных трещин, образованию при сварке малопластичных закалочных структур, а также вследствие необходимости обеспечения равнопрочности металла шва с основным металлом.

Общим подходом к преодолению этих трудностей является снижение содержания в металле шва углерода и осуществление сварки с предварительным подогревом. Поэтому при ручной дуговой сварке средне- и высокоуглеродистых сталей сварка ведется с минимальным проплавлением основного металла с использованием сварочных материалов с меньшим содержанием углерода, чем свариваемый металл.

Надежным способом достижения равнопрочности сварного соединения при низком процентном содержании углерода является дополнительное легирование металла шва кремнием и марганцем.

Средне- и высокоуглеродистые стали свариваются электродами УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, УОНИ-13/65, ОЗС-2, К-5А, АНО-7, АНО- 8 и т. д.

Технология сварки легированных сталей

Низколегированные стали. Низколегированные конструкционные стали делятся на низкоуглеродистые, теплоустойчивые и среднеуглеродистые. В сталях этой группы содержание углерода не превышает 0,25 %, а легирующих элементов 2 - 5 %. В зависимости от легирования низкоуглеродистые стали подразделяют на марганцовистые (14Г, 14Г2), кремнемарганцовистые (09Г2С, 10Г2С1, 14ГС и др.), хромокремнемарганцовистые (14ХГС и др.), хромокремненике- лемедистые (10ХСНД, 15ХСНД и др.).

Низколегированные теплоустойчивые стали обладает повышенной прочностью в условиях высоких температур эксплуатации. Они наиболее широко применяются при изготовлении металлических конструкций энергетических установок.

Низколегированные среднеуглеродистые стали (более 0,25 % углерода) (17ГС, 18Г2АФ, 35ХМ и др.) используют обычно в термообработанном состоянии.

Особенности сварки низколегированных сталей. Эти стали свариваются труднее, чем низкоуглеродистые. При сварке могут образовываться закалочные структуры, возможен перегрев (рост зерен) в зоне термического влияния. Для предупреждения образования закалочных структур применяют подогрев изделия, многослойную сварку с малым интервалом времени между наложениями слоев металла в шов и др.

Покрытые сварочные электроды подбирают так, чтобы содержание углерода, серы, фосфора в них было низкое.

Низколегированные низкоуглеродистые стали 09Г2, 09Г2С, 10ХСНД, 10Г2С1 и 10Г2Б при сварке покрытыми электродами не закаливаются и мало склонны к перегреву. Сварка этих сталей аналогична сварке низкоуглеродистых сталей. Для обеспечения равно- прочности при сварке используют электроды типов Э46А и Э50А. Изделие перед сваркой не подогревают. Твердость и прочность околошовной зоны и основного металла практически не различаются.

При выполнении соединений из низколегированных низкоуглеродистых сталей 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ режим сварки необходимо подбирать так, чтобы не было закалочных структур и сильного перегрева металла. Для предупреждения перегрева сваривать стали 15ХСНД и 14ХГС следует при малой силе сварочного тока электродами меньшего диаметра (по сравнению со сваркой низкоуглеродистых сталей). Равнопрочность сварного соединения при сварке сталей 15ХСНД и 14ХГС достигается применением электродов типа Э50А или Э55. Сварку ведут электродами диаметром 4 - 5 мм в несколько слоев, а при толщине стали более 15 мм швы выполняют «каскадом» или «блоками», при этом не слишком разогревают металл, чтобы не перегреть зону термического влияния.

Для сварки низколегированных сталей повышенной и высокой прочности, как правило, применяют электроды с основным покрытием. В зависимости от свойств свариваемой стали используют электроды типа Э42А (марки УОНИ-13/45, СМ-11 и др.), типа Э46А (марки Э-138/45Н для сталей 09Г2, 10ХСНД, 15ХСНД и др.), типа Э50А (марки УОНИ-13/55, ДСК-50 и другие для сталей 14ХГС, 10ХСНД, 15ХСНД и др.), типа Э55 (марки УОНИ-13/55У для сталей 18Г2С, 25ГС, 15ГС и др.).

Для некоторых сталей типа 09Г2 используют также электроды с покрытием рутилового типа Э42 (например, электроды марки АНО-1).

Дефектные участки следует подваривать швами нормального сечения длиной не более 100 мм или предварительно подогревать до 150 - 200 °С.

При сварке термоупрочненных сталей для уменьшения разупрочнения металла в околошовной зоне рекомендуется сварка длинными швами по охлажденным предыдущим швам. Режим сварки следует выбирать такой, чтобы швы выполнялись с малой погонной энергией.

Свариваемые металлы (стали, сплавы) могут иметь одинаковые и различные химический состав и свойства. В первом случае это однородные по химическому составу и свойствам металлы, во втором - разнородные.

Среднелегированные стали

(содержание легирующих элементов 5 - 10 %) применяют для изготовления конструкций, работающих при низких или высоких температурах, при ударных и знакопеременных нагрузках, в агрессивных средах и других тяжелых условиях. Их разделяют на теплоустойчивые, высокопрочные и др.

Для обеспечения требуемого качества сварных соединений необходимо выполнение ряда технологических приемов.

- В деталях из высокопрочной легированной стали должны быть предусмотрены плавные переходы при соединении элементов и изменении сечений, плавные закругления угловых соединений и другие конструктивные формы, устраняющие концентрацию напряжений.

- Сборку элементов рекомендуется производить в сборочных приспособлениях, обеспечивающих свободную усадку швов и сохранение при этом размеров конструкций.

- Сварные швы выполняют с предварительным и сопутствующим подогревом, если прочность сварного соединения должна быть не ниже прочности основного металла. Листовые конструкции толщиной до 3 мм и менее сваривают без подогрева, при большей толщине используется подогрев. Например, для сталей ЗОХГСА, 25ХГСА температура подогрева составляет 200 - 300 °С. Для того чтобы избежать перегрева, применяют сварку на малой погонной энергии (пониженное тепловложение). После сварки соединение подвергают термообработке - высокому отпуску.

- Сварные швы выполняют без предварительного и сопутствующего подогрева, если к сварному соединению не предъявляются требования прочности, близкой прочности основного металла. При этом сварку швов ведут электродами, обеспечивающими получение аустенитного металла шва. В этом случае последующую термообработку не производят.

При сварке среднелегированных сталей могут образовываться закалочные структуры, холодные трещины, возможен перегрев металла околошовной зоны. Чем выше содержание углерода и легирующих примесей, толще металл, тем хуже свариваемость этих сталей.

Среднелегированные стали сваривают покрытыми электродами с основным покрытием постоянным током обратной полярности.

В зависимости от требований, предъявляемых к металлу шва, используют электроды, обеспечивающие получение среднелегированного металла шва. К ним относятся электроды марок УОНИ-13/85 (типа Э85), ВИ-10-6 (типа Э100), НИАТ-ЗМ (типа Э125), НИАТ-3 (типа Э150) и электроды, обеспечивающие получение аустенитного металла шва, например марки НИАТ-5 (типа Э-11Х15Н25М6АГ2).

Швы выполняются многослойным, каскадным или блочным способом с малыми интервалами времени между наложением слоев. Подогрев металла выше 150 °С снижает вероятность образования закалочных структур и трещин. Электроды перед сваркой прокаливают. Кромки металла следует тщательно защищать от влаги, ржавчины, органических и других загрязнений.

Стали 20ХГСА, 25ХГСА, ЗОХГСА, ЗОХГСНА сваривают электродами марок ЦЛ-18-63, ЦЛ-30-63, НИАТ-ЗМ, ЦЛ-14, УОНИ-13/85 предельно короткой дугой. После сварки соединения подвергают термической обработке - закалке при температуре 880 °С и низкому отпуску с целью обеспечения высокой прочности.

Сварка теплоустойчивых сталей. Теплоустойчивые стали предназначены для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур (400 - 600 °С) и при давлении газа или пара до 30 МПа. Эти стали имеют склонность к образованию трещин в зоне термического влияния. Поэтому требуется предварительный подогрев до 200 - 400 °С и последующая термообработка (отпуск) по режиму: нагрев изделия до 710 °С, выдержка при этой температуре не менее 5 мин на 1 мм толщины металла с последующим медленным охлаждением. Иногда эти стали отжигают при температуре 670 - 800 °С.

Изделия из сталей 12МХ и 20МХЛ, работающие при температуре до 850 °С, сваривают электродами марки ЦЛ-14. Сварку выполняют с предварительным подогревом изделия до 200°С для стали 12МХ и до 300 °С - для стали 20МХЛ. После сварки применяют высокий отпуск при температуре 710 °С.

Изделия из сталей 34ХМ и 20Х3МВФ, работающие при температуре до 470 °С, сваривают электродами марки ЦЛ-30-63. Сварку выполняют с предварительным и сопутствующим подогревом изделия до 350 °С - 400 °С. Сварные соединения подвергаются отпуску при температуре 600 °С.

Изделия из сталей 20ХМФ, 20ХМФЛ, 12Х1М1Ф, работающие при температуре до 570 °С, сваривают электродами марки ЦЛ-20-63 короткой дугой с предварительным и сопутствующим подогревом до 350 °С. После сварки рекомендуется высокий отпуск при 700 - 740 °С в течение 3 ч.

Сварку теплоустойчивых сталей покрытыми электродами производят на тех же режимах, что и сварку низколегированных конструкционных сталей. При этом необходимо полностью проварить корень шва, для чего первый слой выполняют электродами диаметром 2 - 3 мм. Большинство электродов предназначено для сварки постоянным током обратной полярности. Техника сварки теплоустойчивых сталей аналогична технике сварки низкоуглеродистых сталей. Многослойную сварку выполняют каскадным способом (без охлаждения каждого слоя выполненного шва).

Сварка высокопрочных сталей. При изготовлении ответственных сварных конструкций широко применяют высокопрочные стали 14Х2ГМРБ, 14Х2ГМРЛ, 14Х2ГМ и 12ГН2МФАЮ.

Основная трудность при сварке этих сталей - необходимость предотвращения образования в металле шва и зоны термического влияния холодных трещин, а также структур, резко снижающих сопротивляемость сварных соединений хрупкому разрушению. Решение задачи усложняется тем, что требуемые эксплуатационные и технологические свойства сварные соединения должны приобретать после сварки без дополнительной термообработки.

Для повышения стойкости сварных соединении из высокопрочных сталей к образованию холодных трещин необходимо перед сваркой обязательно прокаливать электроды с целью удаления влаги. Следует также соблюдать определенные условия подготовки к сварке и выполнения соединений.

Ручную сварку высокопрочных сталей выполняют электродами марки ЭА-981/15. Эти электроды технологичны при сварке во всех пространственных положениях. Сварку ведут постоянным током обратной полярности. Сила сварочного тока зависит от диаметра электрода и положения шва. Например, сварку в нижнем положении электродом диаметром 4 мм производят при силе сварочного тока 150 - 200 А. Перед сваркой электроды прокаливают при температуре 420 - 450 °С.

Перед сваркой поверхности деталей и места наложения швов зачищают до полного удаления ржавчины, окалины, краски, масла, влаги и других загрязнений. Зачистку производят на участке, равном ширине шва плюс 20 мм в каждую сторону.

При выполнении соединений необходимо предотвращать попадание влаги в зону сварки и не допускать быстрого охлаждения сварных соединений.

Сборку деталей под сварку часто производят прихватками. Прихватки длиной 50 - 100 мм выполняют электродами марок УОНИ- 13/45А или ЭА-981/15. Расстояние между прихватками не должно превышать 400 - 500 мм. Не следует устанавливать их в местах пересечения швов. Перед сваркой прихватки нужно тщательно очистить и проверить. Сварку необходимо начинать и заканчивать на технологических (выводных) планках, приваренных к изделию. Кроме того, следует создавать плавные переходы от шва к основному металлу.

Для предотвращения образования холодных трещин при сварке соединений большой толщины и жесткости следует применять предварительный подогрев. Как правило, его назначают при сварке металла толщиной свыше 20 мм. Температура подогрева 60 - 150 °С.

Стойкость сварных соединений к образованию холодных трещин можно повысить, применяя технологию сварки с мягкими прослойками. Этот технологический прием заключается в том, что первые слои многослойного шва выполняют менее прочным и пластичным металлом по сравнению с последующими. Иногда пластичные швы в один-два слоя накладывают в процессе заполнения разделки кромок. Для выполнения мягких слоев могут быть использованы электроды марки УОНИ-13/45.

При двусторонней сварке стыковых соединений первый шов рекомендуется накладывать со стороны, противоположной прихваткам. После наложения каждого валика металл шва и околошовную зону тщательно зачищают от шлака и брызг металла. При обрыве дуги необходимо тщательно зачистить кратер от шлака и только после этого снова возбуждать дугу.

После завершения сварочных работ в монтажных условиях сварные соединения необходимо укрыть асбестовой тканью или мотками с песком для медленного охлаждения.

Высоколегированные стали и сплавы.

К высоколегированным относят стали, содержание в которых одного или нескольких легирующих элементов составляет 10 - 15 %.

В соответствии с ГОСТ 5632-72 насчитывается 94 марки высоколегированных сталей и 22 марки высоколегированных сплавов.

Высоколегированные стали и сплавы классифицируют по системе легирования, структуре, свойствам и другим признакам.

По системе легирования высоколегированные стали делят на хромистые, хромоникелевые, хромомарганцевые, хромоникелемар- ганцевые и хромомарганцеазотистые.

По структуре высоколегированные стали подразделяют на стали мартенситного (15X5,              15Х5М и др.), мартенситно-ферритиого

(15Х6СЮ, 12X13 и др.), аустенитно-мартенситного (07Х16Н6, 08Х17Н5МЗ и др.), аустенитно-ферритиого (08Х20Н14С2 и др.) и аустенитного классов (03Х17Ш4М2, 12Х18Н9 и др.).

По свойствам высоколегированные стали и сплавы бывают коррозионно-стойкие (нержавеющие), жаростойкие и жаропрочные.

Особенности сварки высоколегированных сталей и сплавов. Большинство высоколегированных сталей и сплавов по сравнению с низкоуглеродистыми сталями обладает более низким (в 1,5 - 2 раза) коэффициентом теплопроводности и более высоким (примерно в 1,5 раза) коэффициентом линейного расширения. Низкий коэффициент теплопроводности приводит к концентрации теплоты при сварке и вследствие этого к увеличению проплавления металла, а высокий коэффициент линейного расширения к большим деформациям свариваемых изделий.

Эти стали склонны к образованию горячих и холодных трещин при сварке, что усложняет процесс обеспечения качества сварных соединений с требуемыми свойствами. В связи с этим при сварке изделий из этих материалов предусматривают выполнение определенных требований. Обычно сварку ведут на повышенной скорости и на малой силе сварочного тока для получения минимальной зоны разогрева. Высоколегированные стали и сплавы более склонны к образованию трещин, чем низкоуглеродистые. Пути предотвращения трещин при сварке: создание в металле шва двухфазной структуры (аустенит и феррит), ограничение в шве содержания вредных примесей (серы, фосфора, свинца, сурьмы, висмута), применение электродных покрытий основного и смешанного видов; уменьшение жесткости свариваемых узлов.

Для получения сварных соединений без трещин рекомендуется свариваемые детали собирать с определенным зазором. Швы лучше выполнять электродами диаметром 1,6 - 2,0 мм при минимальной погонной энергии.

Подогрев (общий или местный) до температуры 100 - 300 °С рекомендуется в зависимости от характера структуры основного металла, содержания углерода, толщины свариваемых элементов и жесткости изделия. Для мартенситных сталей и сплавов подогрев изделия обязателен, для аустенитных сталей он применяется редко.

При дуговой сварке высоколегированных сталей поверхности следует предохранять от брызг металла и шлака, так как они могут быть причиной коррозии или концентрации напряжений, ослабляющих конструкцию. Чтобы не было приваривания брызг, на поверхность металла, прилегающего к шву, наносят защитное покрытие.

Требования к качеству сборки и очистки металла перед сваркой достаточно жесткие.

После сварки мартенситные, мартенситно-ферритные, а иногда и ферритные стали подвергают высокому отпуску при температуре 680 - 720 оС, а жаропрочные (12X13, 20X13 и др.) - при 730 - 750 °С. Отпуск улучшает структуру, механические свойства и коррозионную стойкость.

Для сварки мартенситных, мартенситно-ферритных и ферритных сталей применяют электроды, стержни и покрытия которых обеспечивают получение наплавленного металла, близкого по химическому составу к основному металлу. Например, мартенситную сталь 15Х11ВМФ сваривают электродами типа Э12Х11НВМФ марки КТИ-10; мартенситно-ферритную сталь 12X13 - электродами типа Э12Х13 марки УОНИ-13/1Х13 и т. д.

Если конструкции из стали этого класса работают на статическую нагрузку и к швам не предъявляются требования высокой прочности, сварку можно выполнять аустенитными или аустенитноферритными электродами. Так, ферритную сталь 15X25T сваривают электродами типа Э02Х20Н14Г2М2 марки ОЗЛ-20, при этом отпуск после сварки можно не проводить.

Для предотвращения роста зерна и повышения хрупкости зоны термического влияния при сварке таких сталей используют режим с малой погонной энергией.

К высоколегированным хромоникелевым сталям относятся стали аустенитного,              аустенитно-мартенситного              и аустенитно

ферритного классов. Эти стали и сплавы содержат мало вредных примесей, поэтому основные требования при сварке - хорошая защита расплавленного металла от воздуха и применение электродов со стержнем, имеющим аустенитную структуру и покрытие основного типа.

Сварка аустенитных сталей не вызывает особых затруднений. Надо иметь в виду, что в сварных соединениях аустенитноферритных и аустенитно-мартенситных сталей возможно выделение водорода по границам зерен. Для предупреждения этого сварное соединение подвергают отпуску в течение 1 - 2 ч при температуре 150 °С.

ГОСТ 10051-75 предусматривает 49 типов покрытых электродов для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей. Каждый тип электрода включает одну или несколько марок электродов.

Технология сварки чугуна, цветных металлов и сплавов

Сварка чугуна

Широко применяемые марки чугунов содержат 2,5 - 4 % углерода, 1 - 5 % кремния, до 2 % марганца, а также примеси фосфора и серы.

Чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Основные трудности при сварке обусловлены высокой склонностью его к отбеливанию, т. е. появлению участков с выделениями цементита, а также образованию трещин в шве и околошовной зоне. Кроме того, чугун имеет низкую по сравнению со сталью температуру плавления (1200 - 1250 °С) и быстро переходит из жидкого состояния в твердое. Это вызывает образование пор в шве, поскольку интенсивное выделение газов из сварочной ванны продолжается и на стадии кристаллизации.

Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и усложняет формирование шва. Вследствие окисления кремния на поверхности сварочной ванны возможно образование тугоплавких оксидов, что может привести к непроварам.

При выборе способа сварки чугуна необходимо учитывать следующие особенности:

- высокая его хрупкость при неравномерном нагреве и охлаждении может вызывать появление трещин в процессе сварки;

- ускоренное охлаждение приводит к образованию отбеленной прослойки в околошовной зоне и затрудняет его дальнейшую механическую обработку;

- сильное газообразование в жидкой ванне может вызывать пористость сварных швов;

- высокая жидкотекучесть чугуна обусловливает необходимость в ряде случаев подформовки.

Чугунные детали, работающие длительное время при высоких температурах, почти не поддаются сварке. Это происходит в результате того, что под действием высоких температур (300 - 400 °С и выше) углерод и кремний окисляются, и чугун становится очень хрупким. Чугун, содержащий окисленный углерод и кремний, называют горелым.

Плохо свариваются также чугунные детали, работающие длительное время в соприкосновении с маслом и керосином. Поверхность чугуна пропитывается маслом и керосином, которые при сварке сгорают и образуют газы, способствующие появлению сплошной пористости в сварном шве.

Способы сварки чугуна.

Сварку чугуна применяют при ремонтно-восстановительных работах и для изготовления сварно-литых конструкций. Чугун сваривают преимущественно при устранении дефектов литья в чугунных отливках до и после механической обработки, а также при ремонте деталей.

К сварным соединениям чугунных деталей в зависимости от условий эксплуатации предъявляются различные требования - от декоративной заварки наружных дефектов до получения соединений, равнопрочных с основным металлом.

Чугун можно сваривать дуговой сваркой металлическим или угольным электродом, порошковой проволокой, газовой сваркой и другими способами.

Наиболее часто способы сварки чугуна классифицируют по состоянию свариваемой детали. В зависимости от температуры предварительного подогрева различают сварку с подогревом (горячую сварку) и без подогрева (холодную сварку).

Горячую дуговую сварку чугуна применяют в случаях, когда металлом шва должен быть чугун, по своим свойствам приближающийся к свойствам основного металла детали.

Холодную дуговую сварку чугуна выполняют на обрабатываемых и обработанных поверхностях деталей, когда дефекты литья незначительны или средних размеров, когда они несквозные или сквозные, но небольшой протяженности и, наконец, когда наплавляемый металл не предусмотрен в виде чугуна. При холодной сварке свариваемые детали не подвергают предварительному нагреву.

Горячая сварка чугуна.

Технологический процесс состоит из механической обработки под сварку, формовки свариваемых деталей, предварительного подогрева, сварки и последующего медленного охлаждения.

Подготовка под сварку дефектного места заключается в тщательной его очистке от загрязнений и в разделке свариваемых кромок.

При сварке сквозных трещин или заварке дефектов, находящихся на краю деталей, необходимо применять графитовые формы, предотвращающие вытекание жидкого металла из сварочной ванны. Формы изготавливают из графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, которая состоит из кварцевого песка, замешанного на жидком стекле.

Детали и чугунные отливки нагревают до температуры 300 - 700 °С (в зависимости от формы детали, дефекта, способа сварки). Сварку выполняют чугунными электродами или порошковой проволокой. Подогрев необходим для того, чтобы после сварки происходило равномерное охлаждение всего изделия и не образовывались трещины.

Детали нагревают в специальных печах или с помощью индукционных нагревателей. Для ручной дуговой сварки используют плавящиеся электроды марок ЦЧ-4, ЭВЧ-1, МНЧ-2, ОЗЧ-2 и др.

Горячую сварку чугуна выполняют на большой силе сварочного тока без перерывов до конца заварки дефекта при большой сварочной ванне. Так, для сварки электродом диаметром 8 мм требуется ток 600 А, а диаметром 12 мм - ток 1000 А. Используют электрододержатель, имеющий защиту руки сварщика от теплового излучения.

Сварка угольным электродом ведется постоянным током прямой полярности: для электродов диаметром 8 - 20 мм используются соответственно токи 280 - 600 А. Во время сварки следует непрерывно поддерживать значительный объем расплавленного металла в сварочной ванне и тщательно перемешивать его концом электрода или присадочного стержня. Для медленного охлаждения заваренные детали засыпают мелким древесным углем или сухим песком. Остывание массивных деталей может длиться 3 - 5 суток.

Основными недостатками горячей сварки чугуна являются большая трудоемкость процесса и тяжелые условия труда сварщиков.

Холодная сварка чугуна.

Сварка чугуна без подогрева изделия применяется шире, чем с подогревом. Подготовка поверхности дефектов к заварке заключается в сверлении, зачистке, фрезеровании и т. д. до получения чистой поверхности основного металла.

При сварке без предварительного нагрева дефекты, расположенные друг от друга на расстоянии более чем 20 мм, вырубают или высверливают порознь, при более близком расположении - производят сплошную вырубку дефектного участка. Разделка кромок зависит от толщины детали. При глубине дефекта 5 - 7 мм вырубают фаску с углом раскрытия 70 - 80 град. В местах, доступных для сварки с двух сторон, производят Х-образную разделку кромок.

На практике используют несколько разновидностей холодной сварки: стальными, медно-стальными, медно-никелевыми, железоникелевыми, никелевыми и другими электродами.

Применяя медно-никелевые (марки МНЧ-2) и медно-стальные (марки ОЗЧ-2) электроды, получают наплавленный металл, легко поддающийся механической обработке. Наплавку образуют однослойной или многослойной укладкой валиков.

Стальные электроды марки ЦЧ-4 (на основе проволоки из низкоуглеродистой стали с карбидообразующим покрытием) применяют при ремонте неответственных чугунных изделий небольших размеров с малым объемом наплавки, не требующих после сварки механической обработки.

Сварку стальными электродами с защитно-легирующими покрытиями выполняют с V- или Х-образной разделкой кромок. Для устранения неравномерного разогрева детали сваривают отдельными участками вразбивку. Длина этих участков сварного шва не должна превышать 100 - 120 мм. После сварки участкам дают возможность остыть до температуры 60 - 80 °С. Наилучшие результаты получают при сварке электродами с покрытием марки УОНИ-13/45 постоянным током обратной полярности. Медно-железные электроды применяют для заварки отдельных дефектов или небольших несплошностей, создающих течи на отливках ответственного назначения, в том числе и работающих под давлением. Наиболее совершенные из них - электроды марки ОЗЧ-2, представляющие собой медный стержень диаметром 4 - 5 мм, на который нанесено покрытие, состоящее из смеси электродной обмазки марки УОНИ-13/45 (50 %) и жидкого стекла. При сварке не следует допускать сильного разогрева свариваемых деталей. После сварки легким молотком выполняют проковку наплавленного металла в горячем состоянии. Она уменьшает сварочные напряжения и снижает опасность образования трещин в околошовной зоне. В результате наплавленный металл приобретает высокую пластичность и удовлетворительно обрабатывается.

Медно-никелевые электроды применяют главным образом для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где местное повышение твердости недопустимо. В промышленности используются электроды марки МНЧ-1 со стержнем из монель-металла и марки МНЧ-2 со стержнем из константана. Сварку выполняют электродами диаметром 1 - 4 мм ниточным швом короткими участками. При этом не следует допускать перегрева детали, для чего рекомендуются перерывы в работе для охлаждения шва. Наплавленные валики в горячем состоянии следует тщательно проковывать ударами легкого молотка. Положительные свойства электродов заключаются в том, что никель и медь не растворяют углерод и не образуют структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения. Наплавленный металл обладает низкой твердостью, хорошо обрабатывается.

Сварка алюминия и его сплавов

Температура плавления алюминия 658 °С. Алюминий и его сплавы обладают высокой прочностью, малой плотностью, хорошими антикоррозионными свойствами и подразделяются на деформируемые и литейные. Технически чистый алюминий выпускают марок АД00, АД0, АД1, АД (содержание примесей до 0,3; 0,5; 0,7 и 1,2 % соответственно). Алюминиевые литейные сплавы маркируют, как правило, буквами АЛ и цифрами (номер марки), например: АЛ-2, АЛ-8.

Наиболее широкое применение в сварных конструкциях получили алюминиево-магниевые сплавы АМг, АМг3, АМг5В, АМг6. Алюминиевые сплавы широко применяют в конструкциях, имеющих большие пролеты (мосты, ангары, спортивные сооружения), а также в самолетостроении, судостроении и др.

Дуралюмин - сплав алюминия с медью, магнием, марганцем и некоторыми другими элементами. После закалки и старения дуралюмины приобретают значительную твердость, увеличивается их прочность. При высокой прочности и невысокой плотности дуралюмины являются хорошими конструкционными материалами и широко применяются в технике. Они относятся к деформируемым алюминиевым сплавам. Из них изготавливают прутки, трубы, листы, проволоку методами обработки давлением.

При сварке алюминия и его сплавов возникают следующие затруднения: на поверхности расплавленного металла постоянно образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия A1203, препятствующая сплавлению между собой частиц металла; высокая температура плавления оксида алюминия (2050 °С) и низкая температура плавления алюминия осложняют управление процессом сварки. Вследствие этого подготовка деталей из алюминия под сварку и их сварка требуют применения специальных технологических приемов. Алюминий и его сплавы соединяют дуговой и аргонодуговой сваркой.

Подготовка металла к сварке. Независимо от способа сварки алюминиевые изделия перед сваркой должны подвергаться специальной обработке, заключающейся в обезжиривании металла и удалении с его поверхности пленки оксида алюминия. Такой же обработке необходимо подвергать присадочную проволоку и электродные стержни перед нанесением на них покрытия.

Поверхность металла шириной 80 - 100 мм от кромки обезжиривают растворителями (авиационным бензином, техническим ацетоном), затем механической зачисткой или химическим травлением удаляют оксидную пленку. Обезжиривание и травление рекомендуется выполнять не более чем за 2 - 4 ч до сварки.

Технология и техника ручной сварки алюминия угольным электродом. Ручную сварку угольным электродом постоянным током на прямой полярности используют только для неответственных изделий. Сварку металла толщиной до 2 мм ведут без присадки и без разделки кромок, металл толщиной свыше 2 мм сваривают с зазором 0,5 - 0,7 толщины свариваемых листов или с разделкой кромок. Оксидную пленку удаляют с помощью флюсов АФ-4А. Пластины собирают встык на подкладке, на кромки наносят кисточкой тонкий слой пасты из флюса, а затем соединение сваривают обычно в два прохода: при первом проходе выполняется прогрев кромок, а при втором - сварка.

Первый проход должен быть выполнен медленным перемещением электрода от середины шва к краям. При этом скорость перемещения должна быть такой, чтобы кромки не расплавлялись, но были на грани расплавления, что контролируется появлением отдельных капель жидкого металла, т. е. небольших очагов расплавления. Прогрев таким образом кромки металла, можно перейти к сварке.

Присадочный пруток, находящийся в левой руке, нужно перемещать вслед за угольным электродом на расстоянии 5 - 10 мм. Плавление прутка достигается погружением его в сварочную ванну.

Технология и техника ручной сварки алюминия покрытыми электродами. Ручную сварку покрытыми электродами применяют в основном при изготовлении малонагруженных конструкций из технического алюминия, сплавов типа АМц и АМг, силумина. Использование постоянного тока обратной полярности и предварительного подогрева (250 - 400 оС, в зависимости от толщины) обеспечивает требуемое проплавление при правильно выбранной силе тока.

В связи с тем, что алюминиевый электрод плавится в 2 - 3 раза быстрее стального, скорость сварки алюминия должна быть соответственно выше. Сварку нужно выполнять непрерывно одним электродом, так как пленка шлака на кратере и конце электрода препятствует повторному зажиганию дуги. Для обеспечения устойчивого процесса при минимальных потерях на разбрызгивание рекомендуется принимать сварочный ток из расчета не более 60 А на 1 мм диаметра электрода. Перед сваркой электроды просушивают при температуре 150 - 200 °С в течение 2 ч.

Покрытия электродов для сварки алюминия и его сплавов состоят из хлористых и фтористых солей щелочных и щелочноземельных металлов, которые при сварке удаляют оксидную пленку. Покрытия делятся на две группы - безлитиевые и литиевые. Безлитиевые покрытия просты по составу, менее гигроскопичны. Литиевые покрытия более дорогие и очень гигроскопичны. Их рекомендуется применять для металла малых толщин, в основном для алюминиевых сплавов, так как при сварке технического алюминия они не всегда обеспечивают получение швов без пористости.

Для сварки алюминия и его сплавов используют покрытия электродов следующих марок: ЭА-1, ЭФ-11Ф1 (технический алюминий); ВАМИ, А1 (сплавы типа АМг и АМц); МАТИ-1, МАТИ-2 (литейные сплавы Ал4, Ал5); МВТУ (сплавы типа АМц); АФ-1 (сплавы типа АМг, АМц); А1, А1Ф (сплавы типа АМц, силумин).

Для сварки алюминия используют электроды марок ОЗА-1 и ОЗА-2. Электроды марки ОЗА-1 со стержнем из проволоки Св-А1 применяют при сварке изделий из технического алюминия. Электроды марки ОЗА-2 со стержнем из сплава Св-АК5 предназначены для сварки, наплавки, а также заварки брака литья на литых сплавах типа Ал (Ал2, Ал4, Ал5, Ал9 и Ал11).

Покрытия электродов марок ОЗА-1 и ОЗА-2 выполнены на основе покрытия ЭА-1 с некоторой корректировкой его состава. В покрытие ЭА-1 входят хлористый натрий (30 %), хлористый калий (40 %), криолит (30 %). Толщина покрытия, например, для электродов диаметром 4 мм составляет 1,0 - 1,1 мм, а для электродов диаметром 8 мм - 1,4 - 1,6 мм.

При хранении электроды могут увлажняться, поэтому перед сваркой их необходимо просушивать при температуре 70 - 100 °С.

Сварка алюминиевыми электродами выполняется постоянным током обратной полярности.

Технология и техника ручной аргонодуговой сварки алюминия неплавящимся вольфрамовым электродом. Ручную аргонодуговую сварку неплавящимся вольфрамовым электродом выполняют переменном током в аргоне высшего или первого сорта. Для металла толщиной до 5 - 6 мм используют электроды диаметром 1,5 - 5 мм.

Присадочной проволокой и прутками марок АК, АМц и другими сваривают деформируемые сплавы.

Диаметр присадочной проволоки при ручной сварке равен 1 - 2, 2 - 4 и 4 - 6 мм для свариваемых толщин до 2, 2 - 5 и 5 - 10 мм соответственно.

Особые требования предъявляются к технике сварки. Угол между присадочной проволокой и электродом должен составлять примерно 90 град. Присадочную проволоку следует подавать короткими возвратно-поступательными движениями. Недопустимы поперечные колебания вольфрамового электрода. Длина дуги обычно не превышает 1,5 - 2,5 мм. Обеспечение эффективной защиты дуги и сварочной ванны для каждого режима сварки достигается оптимальным расходом газа. Для уменьшения опасности окисления размеры сварочной ванны должны быть минимальными. Сварку металла толщиной до 10 мм обычно ведут справа налево, так называемым левым способом, который позволяет снизить перегрев свариваемого металла.

Сварка меди и ее сплавов

Температура плавления меди 1063 °С. В сварных конструкциях применяют медь нескольких марок. Она обладает высокой электропроводностью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью, а также хорошо обрабатывается давлением. Медь нечувствительна к низким температурам, для нее характерно сохранение высокой пластичности.

Бронзы - сплавы меди с оловом и другими элементами в основном металле, кроме цинка. Основные группы бронз различают по главному (кроме меди) компоненту сплава: оловянные, марганцевые, алюминиевые и др. Они обладают высокими антикоррозионными, механическими, антифрикционными свойствами, хорошим сопротивлением изнашиванию и т. п. Современные бронзы, например кремнемарганцевая, свинцовоникелевая, алюминиевожелезомарганцевая и другие, содержат, как правило, несколько легирующих компонентов.

Среди других медных сплавов в сварных конструкциях широко используют хромистую бронзу БрХ0,5, марганцевую бронзу БрМц5 и др. Медь также используют в сварных соединениях со сталью. Марки деформируемых бронз состоят из букв Бр, начальных букв русских названий легирующих элементов и ряда чисел, указывающих содержание этих элементов в процентах. Например, марка БрАЖМц10-3- 1,5 означает, что бронза содержит 10 % А1, 3 % Fe и 1,5 % Мп. Литейную бронзу маркируют так: цифра, указывающая содержание элемента, стоит после соответствующей буквы в марке, например БрА11Ж6Н6. В конце некоторых марок литейных бронз имеется буква Л - литейная, если из бронзы этой же марки делают и прокат.

Латуни - сплавы меди, в которых преобладающим легирующим элементом является цинк. Латуни по химическому составу разделяют на простые (состоящие из двух элементов - меди и цинка) и специальные (содержащие кроме меди и цинка другие легирующие элементы: свинец, олово, железо, марганец, алюминий и другие, улучшающие механические характеристики и придающие латуни особые свойства). По технологическому назначению латуни бывают литейные и деформируемые. Механические свойства литейных латуней зависят от способа литья. Механические свойства латуней, полученных обработкой давлением в виде полос, листов, лент, прутков, зависят от состояния материала в период обработки.

Марки деформируемых латуней состоят из буквы Л, начальных букв русских названий легирующих элементов, кроме цинка, и ряда чисел. Первое число - содержание меди, затем содержание легирующих элементов, перечисленных в марке, в процентах, остальное - цинк. Например: Л90 - латунь с 90 % Си, остальное - цинк; ЛАЖ60-1-1 - латунь с 60 % Си, 1 % А1, 1 % Fe, остальное - цинк. Литейные латуни маркируют следующим образом: после буквы Л ставятся обозначения легирующих элементов, начиная с цинка, и сразу же указывается содержание элементов в процентах. При этом единица не ставится. Например, ЛЦ40МцЗЖ - это латунь с 40 % Zn, 3 % Мп, 1 % Fe, остальное - медь.

Медно-никелевые сплавы маркируют так же, как и деформируемые бронзы, но с буквой М в начале марки. Например, МНЖМц30-1-1 - сплав, содержащий 30 % Ni, 1 % Fe, 1 % Мп, остальное - медь.

Сварка меди

.

Сварка меди затрудняется ее высокой теплопроводностью (в 6 раз выше, чем железа), большой жидкотекучестью, способностью сильно окисляться в нагретом и особенно в расплавленном состоянии. На свариваемость меди оказывают большое влияние примеси, входящие в ее состав (кислород, свинец, сера, фосфор, сурьма, мышьяк, висмут).

Медь в расплавленном состоянии сильно поглощает водород. При кристаллизации металла сварочной ванны с большой скоростью ввиду высокой теплопроводности меди и резкого снижения растворимости водорода в металле атомарный водород не успевает покинуть металл. В результате оксид меди восстанавливается водородом с образованием паров воды, что приводит к появлению в шве пор и трещин.

В околошовной зоне диффузионно-подвижный водород взаимодействует с оксидом меди, который располагается по границам зерен. Образующиеся пары воды не растворяются в меди и не могут из нее выйти, в результате чего в металле создаются значительные напряжения, приводящие к образованию большого числа микротрещин. Это явление получило название водородной болезни меди. Для того чтобы ее предупредить, следует снижать количество водорода в зоне сварки. Для этого перед сваркой производят прокалку электродов.

Сварку меди выполняют по зачищенным до металлического блеска кромкам.

Технология и техника ручной дуговой сварки меди угольным электродом.

Ручная сварка угольным электродом применяется преимущественно для малоответственных изделий. Угольные электроды целесообразно использовать при толщине меди до 15 мм. При большой толщине лучшие результаты получают, применяя графитовые электроды. Сварку выполняют электродами, заточенными на конус (на 1/3 его длины) постоянным током прямой полярности. Плотность тока на электроде обычно составляет 200 - 400 А/см .

Сварку угольным электродом ведут длинной дугой во избежание вредного влияния на сварочную ванну выделяющегося оксида углерода (СО). С этой же целью, а также в связи с возможностью охлаждения ванны присадочный материал не погружают в ванну, а держат под углом примерно 30 град. к изделию на расстоянии 5 - 6 мм от поверхности ванны. Электрод располагают под углом 75 - 90 град. к свариваемому изделию. Углекислый газ, выделяющийся в процессе сварки, недостаточно защищает расплавленный металл от окисления, поэтому применяют присадочный материал с раскислителем - фосфором, а также флюс (94 - 96 % прокаленной буры, 6 - 4 % металлического магния). Флюс наносят на смоченную жидким стеклом поверхность прутка или на свариваемые кромки в виде пудры и просушивают на воздухе.

Детали из меди толщиной менее 3 мм сваривают по отбортовке угольной дугой. При большой толщине соединений также можно применять дуговую сварку угольным электродом, однако при этом используют присадочный материал в виде прутков из меди марки M1, кремнистой или фосфористой бронзы (содержание олова 4 - 10 %). Свариваемую поверхность покрывают флюсом в виде порошка, в состав которого входят бура, борная кислота и борный ангидрид. Сварка меди возможна электродами с обмазкой из буры, борной кислоты и борного ангидрида.

Технология и техника ручной дуговой сварки меди покрытыми электродами.

Ручную сварку покрытыми электродами выполняют постоянным током обратной полярности короткой дугой без поперечных колебаний. Лучшее формирование шва обеспечивает возвратно-поступательное движение электрода. Удлинение дуги ухудшает формирование шва, увеличивает разбрызгивание электродного металла, снижает механические свойства сварных соединений.

Медь толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок и подогрева. При толщине металла 5 - 10 мм необходимы предварительный подогрев до температуры 250 - 300 °С и односторонняя разделка кромок с углом 60 - 70 град. и притуплением кромок 1,5 - 3 мм. При большой толщине металла рекомендуется Х-образная разделка.

Для сварки меди наибольшее распространение получили электроды марки «Комсомолец-100», в которых в качестве стержня используется медная проволока M1 и М2.

Разработаны высокопроизводительные электроды марок АНЦ-1 и АНЦ-2, обеспечивающие сварку без подогрева меди толщиной до 15 мм или с невысоким (250 - 400 °С) подогревом для металла большой толщины.

Для сварки конструкций из меди и хромистой бронзы средних и больших толщин (5 - 20 мм) распространение получили электроды марок АНЦ-1, АНЦ-3 и АНЦ-ЗМ диаметрами 4, 5 и 6 мм соответственно.

Технология и техника ручной аргонодуговой сварки меди вольфрамовым электродом.

Ручную аргонодуговую сварку выполняют вольфрамовым электродом постоянным током прямой полярности в аргоне высокой чистоты. Металл толщиной более 4 мм сваривают с предварительным подогревом до 800 °С. В качестве присадки используют прутки из меди, медно-никелевого сплава (МНЖКТ-5-1-0,2-0,02), бронзы (БрКМц3-1, БрОЦ4-3) и др.

Для металла толщиной свыше 5 мм применяют V- или Х- образную разделку кромок с углом раскрытия 60 - 70 град. Сварку ведут обычно справа налево «углом вперед» при наклоне электрода по отношению к изделию 80 - 90 град., угол наклона присадочной проволоки 10 - 15 град., вылет электрода 5 - 7 мм.

Учитывая, что медь обладает неудовлетворительными литейными свойствами, особое внимание уделяют правильному выбору присадочного материала. Он должен представлять собой сплав меди, содержащий раскислители (фосфор, олово, цинк и др.).

Сварка латуни.

Для дуговой сварки латуни применяют электроды типа ЗТ. Сварка ведется постоянным током обратной полярности короткой дугой. После сварки шов проковывают, а затем отжигают при температуре 600 - 650 °С для выравнивания его химического состава и придания зерну мелкозернистой структуры. Латунь можно сваривать угольной дугой, а также вольфрамовым электродом в среде инертных газов.

Затруднения при сварке латуни вызваны испаряемостью цинка, дым которого состоит из оксидов цинка и является ядовитым. Латунь следует сваривать в условиях хорошей вентиляции рабочего места. Рекомендуется использовать респираторы.

Для сварки латуни предназначены электроды марок ММЗ-2,1П, БрЛ/ЛИВТ, ЦБ-1, МН-4 и др.

Сварка бронзы.

По свариваемости бронзы значительно отличаются друг от друга, поэтому и технология сварки бронз разнообразна. Химический состав присадочного материала должен быть близким к химическому составу свариваемого металла. Сварку выполняют постоянным током обратной полярности короткими участками.

Электроды марки Бр.1/ЛИВТ рекомендуются для сварки оловянных бронз, марки ЦБ-1 - для алюминиевых бронз, марки МН-4 - для медно-никелевых сплавов типа МН-5, МНЖ-5-1 и др.

Аппарат для точечной сварки

Точечная сварка – это одна из разновидностей контактных сварок термомеханического класса. Данный процесс содержит ряд моментов. Сперва элементы, расположенные определенным образом, располагают между электродами и сжимают друг с другом, затем их нагревают до пластичного состояния, и они совместно деформируются. Скорость сварки в заводских условиях составляет до 10 точек/сек.

Элементы разогревают посредством мгновенного импульсного тока сварки. За счет быстрого импульса вы можете расплавить металл. После того как ток прекратит действовать, элементы остаются совмещенными, прижатыми друг к другу до тех пор, пока температура не снизится и расплавленная точка не отвердеет.

Точечная сварка отличается экономичностью, надежностью и прочностью швов, а также простотой автоматизации. Но подобным сварочным швам не свойственна герметичность, в результате чего сфера их использования ограничена.

Сварку труб для подачи отопления и воды желательно осуществлять с инвертором, сила тока которого составляет в диапазоне от 20 до 200 А, кабеля – 1,8 м, а питание – от 140 до 250 V, массой три килограмма и циклом в 60 процентов.

Ремонт автомобилей, подразумевающий сварку на толстой раме и тонком кузове, предполагает использование такого вида сварочного аппарата, как полуавтомат с постановкой проволоки от 0,8 до 1,2 мм, в диапазоне 20–300 А, длиной кабеля – канала в три метра, а также питанием от 180 до 250 V и циклом от 80 до 100 процентов. Вес оборудования может составлять шесть килограммов и более. На крупных предприятиях используют трехфазную модель на 380 V.

Для того чтобы сварить двери, забор и ворота используют простой трансформатор 40–250 А, длина кабеля при этом достигает двух метров, а цикл – 60 %. Питание от 220 до 230 V, в зависимости от местной сети.

Для сварки теплицы, опоры, навеса или балкона используют легкий сварочный аппарат инверторного типа, массой до 3 кг, длина кабеля которого составляет 1,8 м. Сила тока может быть в диапазоне от 30 до 180 А, поскольку толщина металлической стенки составляет не более 2 мм.

Для сварки печи и теплообменника потребуется мощный инвертор от 300 до 500 А с циклом от 80 до 100 % и 7,5 кВт. Возможно использование трехфазной запитки.

Такой вид сварочного аппарата подразумевает использование вольфрамовых неплавящихся электродов, а в качестве защитного газа обычно используется аргон или гелий.

В процессе сварки можно использовать присадочную проволоку. Установка аргонодуговой сварки функционирует на основе постоянного, переменного или импульсного тока. Детали скрепляются посредством вольфрамовых неплавящихся электродов. В качестве защищающей газовой среды выступает аргон или гелий. Основным предназначением этого вида аппарата заключается в сварке нержавеющей стали, алюминия, латуни, меди, титана, а также сплавов магния.

Достоинства данного вида сварочного аппарата заключаются в:

исключительном качестве сварного шва;

возможности сварки разных металлов.

В свою очередь, недостатки данного вида оборудования представлены:

сложностью настройки оборудования;

требованиями к квалификационному уровню сварщика

Соединяемые сваркой металлы, пластмассы и другие материалы, как известно, состоят из атомов, размещенных в определенном порядке и скрепленных между собой силами межатомного взаимодействия. Поверхности каждого из соединяемых частей имеют свободные атомные связи, способные захватывать атомы или молекулы другой части. На 1.2, а схематично показаны монокристаллы соединяемых частей металла с внутренними / и поверхностными 2 атомами. Если соединяемые монокристаллы имеют идеально чистую н гладкую поверхность, то, сблизив их на расстояние действующих межатомных сил, казалось бы можно получить неразъемное соединение (1.2,6). Однако это приведет к снижению свободной энергии системы атомов и поэтому потребует затраты дополнительной энергии активации. Энергия активации—энергия, необходимая для возбуждения поверхностных атомов, при котором происходят нарушение исходного энергетического состояния и переход в новое устойчивое энергетическое состояние, т. е. соединение частей.

На практике такого рода соединения для твердых металлов без дополнительного воздействия каких-либо источников энергии неосуществимы. Это объясняется большой твердостью- большинства металлов, наличием окисной пленки и загрязнений на соединяемых поверхностях и невозможностью, несмотря на хорошую обработку шлифованием, сближения металлических частей на расстояние действующих межатомных сил. Самопроизвольное соединение и смешивание возможны только для однородных жидкостей, у которых облегчено сближение атомов с образованием новых межатомных связей. Для соединения же металлов требуется приложение энергии.

По используемой энергии виды сварки можно разделить на следующие группы: механическая, химическая, электрическая, электромеханическая, химико-механическая.

Примерами применения механической энергии для сварки являются холодная сварка, сварка взрывом сварка трением.

Виды сварки, использующие химическую энергию, характеризуются нагревом металла посредством превращения химической энергии в тепловую. Примером такого использования химической энергии является газовая сварка плавлением.

Электрические виды сварки основаны на превращении электрической энергии в тепловую. Это превращение осуществляется при использовании дуги, выделении тепла при протекании тока через шлаки, посредством превращения в тепло кинетической энергии пучка электронов, индуктированием тока различных частот.

Электромеханические виды сваркиоснованы на нагреве металла путем превращения электрической энергии в тепловую с последующим пластическим деформированием нагретого металла путем сдавливания.

Химико-механические виды сваркиизвестны давно. Путем превращения химической энергии в тепловую металл нагревается до пластического состояния и далее подвергается пластическому деформированию. Примером может служить кузнечная, газопрессовая сварка и др.

По состоянию в сварочной зоне в момент сварки все ее виды разделяются на сварку давлением и сварку плавлением.

Сварка давлением обычно осуществляется при температурах ниже Т_пл свариваемых металлов, и их сваривание происходит в твердом состоянии посредством приложения давления, достаточного для создания необходимой пластической деформации.

Сварка давлением имеет определенные преимущества перед сваркой плавлением: ниже температура нагрева, т.е. металл подвергается меньшему тепловому воздействию, которое может быть вредным для его свойств; более низкий нагрев позволяет затрачивать меньше энергии на сварочную операцию.

Однако некоторые факторы ограничивают широкое применение сварки давлением. К ним относятся необходимость применения больших сдавливающих сил и соответственно довольно сложных приспособлений для зажатия и сдавливания свариваемых деталей, а также необходимость обеспечения чистоты поверхностей в момент их сваривания.

Сварка плавлением осуществляется с местным расплавлением свариваемых частей. В сравнении со сваркой давлением она обладает рядом преимуществ, из которых основным является большая универсальность.

Для ее выполнения требуется только достаточно мощный источник тепла, обеспечивающий локальное (местное) расплавление; в случае подвижного источника тепла расплавление происходит от участка к участку. Таким образом, общее увеличение сечения свариваемых элементов не влечет за собой необходимости создания громоздких сварочных машин.

Если при сварке давлением в большинстве случаев для выполнения сварочных операций изделие должно подаваться к машине, то при сварке плавлением обычно источник тепла подается к изделию, что позволяет изготавливать весьма крупногабаритные сварные конструкции.

Однако расплавление металла при сварке плавлением неизбежно сопровождается усилением взаимодействия жидкого металла с окружающей средой, приводя к ряду реакций, характерных для металлургических процессов при производстве металлов. В ряде случаев эти реакции могут значительно ухудшить свойства закристаллизовавшегося при сварке металла. В целях регулирования металлургических процессов при сварке в желаемом направлении применяют флюсы, газовую защиту места сварки.

Основные виды сварки металлов при их классификации по технологическому признаку приведены в табл. 1.

Холодная сварка. Осуществляется при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых частей. Если две (рис. 1.1) свариваемые пластины 2 и 3, наложенные друг на друга

внахлестку, обжать шайбами 1 и 4, исключающими выпучивание пластин при их деформировании, и затем вдавливать в пластины пуансоны 5 и 6, изготовленные из более твердого металла, то выдавливаемый пуансонами объем металла приведет к значительному деформированию металла в окружающей зоне. По мере вдавливания

пуансонов деформации будут увеличиваться и начнется течение металла, в частности вблизи поверхностей раздела пластин 2 и 3. Если

Рис. 1.1. Схема холодной сварки.

эти поверхности предварительно очищены от жировых загрязнений, а окисные пленки окажутся разрушенными при течении металла, то во многих участках в области деформации чистые ювенильные поверхности пластин 2 и 3 придут в соприкосновение, при котором между ними возникнут металлические связи. Степень деформации, которая приведет к такому схватыванию, зависит от свойств металла, свойств окисных пленок и др.

Холодной сваркой можно соединить только весьма пластичные металлы. При этом могут быть получены соединения внахлестку и встык.

Ультразвуковая сварка. Условия разрушения поверхностных окисных пленок и вступления в контакт ювенильных поверхностей могут быть получены не только общим деформированием значительного объема, но и местной деформацией поверхностей у границы раздела пластин, которые должны быть сварены. Это достигается введением в металл ультразвуковых колебаний.

Генератор 1 (рис. 1.2,а) и рабочий инструмент 2 вводят ультразвуковые колебания небольшой амплитуды в свариваемое изделие (детали 3 и 4). Если мощность ультразвуковых колебаний (обычно при частоте 8000 – 15000 Гц) окажется достаточной, то это приведет к разрушению окислов, некоторому местному повышению температуры (термопарами отмечается температура 200 – 350 С⁰) и свариванию. Обычно ультразвуковую сварку применяют для соединения относительно

Рис. 1.2. Схема ультразвуковой сварки (а) и сварки взрывом (б)

тонких элементов или тонкостенного элемента с толстостенным.

Сварка взрывом. Осуществляется соударением быстродвижущихся частей при начальной нормальной (комнатной) температуре. Нижний лист 4 (рис. 1.2,б) укладывается на жесткое основание, а верхний лист 3 устанавливается с некоторым углом  (2 – 15⁰) и на его поверхности равномерно размещается необходимое количество взрывчатого вещества 2. Для осуществления сварки взрыв инициируется запалом 1. Взрывная волна, распространяясь по поверхности, создает большое давление р и «метает» верхний лист на нижний, осуществляя сварку по их контактирующим поверхностям. Очистка поверхностей осуществляется кумулятивной газовой струей, имеющей огромные давления р_к (до млн. кгс/см₂или 10¹¹ Н/м²) и весьма большую скорость ( 6000 м/с). Зона деформации при сварке относительно невелика и составляет до 100 – 300 параметров кристаллической решетки. Детали значительных размеров (например, листы с поверхностью сварки в м²) обычно сваривают на полигонах. Малогабаритные изделия можно сваривать в специальных камерах.

Кузнечная сварка. Этот вид сварки является самым древним.

После разогрева в горне (обычно при сжигании твердого или жидкого топлива) металла 1 (рис.1.3) до температуры сварочного жара осуществляют сварочную операцию ручной (кувалдой) или механизированной (специальным устройством 2) проковкой. В результате нагрева и в течение времени между нагревом и проковкой поверхности, подлежащие сварке, покрываются толстым слоем

Рис. 1.3. Схема кузнечной сварки.

окислов. Для получения хорошего соединения поверхности должны быть очищены. Предварительная очистка обычно осуществляется удалением окислов механическим способом. Для удаления оставшихся окислов применяется их флюсование. Например, при сварке сталей, когда пленка окислов состоит в основном из закиси железа (FeO), для флюсования применяют песок (SiO₂). При этом понижается температура комплексного соединения FeO*SiO₂ или (FeO)₂*SiO₂ в сравнении FeO; окислы в жидком виде выдавливаются при проковке, позволяя получать более качественное соединение. Однако в ряде случаев в сварном соединении все же остается некоторое количество окислов.

В настоящее время кузнечная сварка имеет ограниченное применение.

Газопрессовая сварка. Принцип газопрессовой сварки аналогичен кузнечной, однако для нагрева металла используют пламя газообразных горючих, которое более легко регулируется и дает возможность осуществлять нагрев металла более локализовано, в определенном месте.

Газопрессовую сварку можно проводить как с последовательным нагревом от участка к участку соответственно с их проковкой или статическим сдавливанием, так и с нагревом    всего сечения свариваемых элементов с одновременным сжатием. Во втором случае можно применить как боковой, так и торцевой нагрев (пламя направляется параллельно оси свариваемых элементов, перпендикулярно к нагреваемым поверхностям кромок, подлежащих свариванию, или вдоль их оси). В случае бокового нагрева возможно сдавливание при продолжающемся воздействии пламени, а при торцевом – пламя перед сдавливанием должно быть удалено. Так как при удалении пламени кромки быстро окисляются кислородом воздуха, их следует нагревать до поверхностного оплавления, чтобы окислы выдавливались вместе с жидким металлом. Этот вид сварки применяется при выполнении стыков трубопроводов и ряда деталей железнодорожного транспорта, изготавливаемых из углеродистых сталей.

Контактная сварка. Принцип нагрева при контактной сварке заключается в выделении тепла при прохождении электрического тока по любому электрическому сопротивлению.

Q = 0,24IUt = 0,24I²Rt.

В последовательной цепи на участке большего сопротивления (каким является место контакта двух подлежащих сварке поверхностей) выделяется большее количество тепла. Выбором соответствующей мощности сварочной машины можно обеспечить сварку деталей быстрым (0,003 – 10 с) их нагревом и последующим сжатием. Обычно нагрев осуществляется переменным током

Рис. 1.4. Схемы контактной сварки.

применением силовых понижающих трансформаторов. Различают три основных вида контактной сварки: стыковая, точечная и шовная.

Стыковая контактная сварка (рис. 1.4, а). Осуществляется по двум схемам: сварка сопротивлением и сварка оплавлением.

При сварке сопротивлением подлежащие сварке детали 1 и 2 соосно зажимают в неподвижном 3 и подвижном зажимных устройствах (губках) машины. Далее детали приводят в контакт друг с другом с давлением Р и включают трансформатор 5 посредством контактора 6. Проходящий по деталям электрический ток, разогревает их в зоне контакта. Металл в этой размягчается и происходит осадка – пластическое деформирование нагретого объема для осуществления сварки.

При сварке оплавлением напряжение на свариваемые детали подают до того как они сведены, т.е. когда между торцами заготовок есть зазор. При медленном сближении деталей появляется контакт то в одной, то в другой точках, приводя к быстрому их оплавлению. Такой процесс приводит к постепенному оплавлению всей поверхности. В нужный момент контактор 6 выключает ток и поверхности нагретых элементов сдавливают. При этом выдавливаются остатки жидкости и освобожденные от нее твердые, нагретые до пластического состояния объемы металла свариваются.

Точечная контактная сварка (рис. 1.4, б) осуществляется для соединения элементов внахлестку. Свариваемые листы 2 и 3 зажимают неподвижным 4 и подвижным 1 электродами машины. При включении трансформатора 5 контактором 6 выделяется тепло вблизи внутренних контактных поверхностей деталей и часть металла расплавляется , образуя ядро литого металла 7. После выключения тока и увеличения давления Р осуществляется затвердевание жидкого металла и местное сваривание в районе литой точки.

Шовная контактная сварка (рис. 1.4, в) осуществляется так же, как и точечная, обеспечивая получение не только прочного, но и сплошного герметического шва. Это достигается последовательной постановкой ряда точек с частичным перекрытием последующей точки предыдущей. Свариваемые элементы 2 и 3 зажимают между электродами 1, 4, выполненными в виде дисков. Диски, вращаясь, протаскивают свариваемые элементы между собой, а периодическое включение и выключение тока приводит к последовательной сварке точек.

Индукционная сварка (рис. 1.5). Нагрев металла до сварочной температуры осуществляется с помощью специальных индукторов 3, питаемых от источников тока 4 высокой частоты. Форма индуктора должна соответствовать форме нагреваемого изделия. .

Рис. 1.5. Схема индукционной сварки.

Диффузионная сварка. При сварке различных химически активных материалов необходимо максимально исключить возможность их взаимодействия с атмосферой в период выполнения сварочной операции. Это достигается применением вакуума; свариваемые изделия помещают в специальную камеру, из которой насосами удаляют воздух до получения вакуума 10^-3 – 10^-5 мм. рт. ст. После достижения такого вакуума осуществляют нагрев изделия индуктором и дают сварочное давление.

Вакуум предохраняет от окисления свариваемые поверхности, обеспечивает распад окислов, находящихся на поверхностях. Одновременно происходит удаление адсорбированных газов. Это позволяет получать качественные соединения ряда металлов и металлов с неметаллами при относительно небольшой пластической деформации вблизи места соединения.

Термитная сварка. При термитной сварке источником тепла является экзотермическая реакция (с выделением тепла) взаимодействия порошкообразных окисла и элемента с большей активностью (сродством) к кислороду. Например, если в тигель из огнеупорного материала поместить смешанные порошки алюминия и закиси железа и создать местный нагрев до 750⁰ С, то начнется реакция

Fe₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Fe + Q,

которая распространяется на весь объем порошка и в оптимальных условиях полученные продукты реакции (Al₂O₃, Fe) теоретически должны нагреться до 3000⁰ С. Практически эта температура оказывается ниже и составляет около 2200 – 2400⁰ С, при которой и железо и окись алюминия расплавлены и как несмешивающиеся жидкости разделяются по плотности (жидкое железо собирается у дна тигля, а Al₂O₃ – в верней его чести). Аккумулированный такой жидкостью запас тепла может быть использован для сварки давлением или плавлением.

Область применения термитной сварки среди прочих видов сварки относительно невелика.

Газовая сварка. Это сварка плавлением, при которой источником тепла является высокотемпературное пламя горючих газов в смеси с кислородом. В качестве горючих газов применяют ацетилен, водород, природный газ (метан), пары керосина пропанобутановую смесь.

Кромки двух листов 1 и 2 (двух деталей) (рис. 1.6) подвергаются местному нагреву сосредоточенным пламенем 3 до расплавления. Образовавшаяся ванна 4 контактирует с кромками обоих листов. После образования ванны пламя перемещают по линии стыка листов в направлении стрелки V, металл под пламенем расплавляется, а позади пламени в связи с охлаждением – затвердевать. Этот затвердевший металл и образует сварной шов 5 между исходными листами (деталями). Подобрав соответственно режим (мощность пламени, скорость его относительного перемещения по кромкам листов) можно получить необходимое проплавление металла и, следовательно, рабочее сечение шва.

Обычно для швов, которые должны обеспечить прочность, сопоставимую с прочностью свариваемых элементов, требуется получить сквозное проплавление соединяемых деталей (на всю их толщину). Если толщина металла велика и обеспечить сквозное проплавление трудно, то кромки под сварку обрабатывают со скосом и полученную разделку заполняют добавочным расплавленным присадочным металлом 6. Этот присадочный металл обычно представляет собой прутки (стержни), подаваемые в пламя, расплавляющиеся в нем и пополняющие сварочную ванну.

Рис. 1.6. Схема газовой сварки.

Для различной толщины свариваемого металла применяют различную удельную мощность сварочного пламени, которая характеризуется часовым расходом ацетилена в литрах, приходящимся на 1 мм толщины свариваемого металла.

В процессе сварки пламя не только расплавляет металл, но и защищает расплавленную ванну от вредного влияния кислорода и азота атмосферного воздуха. Поэтому при сварке необходимо, чтобы расплавленный основной металл и конец присадочного металла находились все время в восстановительной зоне пламени. Изменением угла наклона горелки к поверхности свариваемого металла можно изменить интенсивность расплавления свариваемого металла. Наиболее интенсивно металл расплавляется при перпендикулярном расположении горелки.

При необходимости горелка может передвигаться по направлению сварки или прямолинейно, или с поперечными и круговыми движениями.

1.4 Кислородная резка

Кислородная резка основана на сгорании металла в струе кислорода. Металл при резке нагревают пламенем, который образуется при сгорании горючего газа в кислороде. Кислород, сжигающий металл, называют режущим. В процессе резки струю режущего кислорода подают к месту реза отдельно от кислорода, идущего на образование горючей смеси для подогрева металла. Касаясь нагретого металла, режущая струя кислорода интенсивно окисляет и сжигает его верхние слои. Процесс окисления верхних слоев металла сопровождается выделением большого количества тепла, которое идет на прогрев нижних слоев металла. Процесс сгорания разрезаемого металла распространяется на всю толщину, образующиеся окислы выдуваются из места реза струей режущего кислорода.

Металл, подвергаемый резке кислородом, должен удовлетворять следующим требованиям: температура воспламенения металла в кислороде должна быть ниже температуры его плавления, окислы металла должны иметь температуру плавления ниже, чем температура плавления самого металла, и обладать хорошей жидкотекучестью, металл не должен обладать высокой теплопроводностью.

1.5 Электродуговая сварка

При дуговой сварке нагрев металла осуществляется электрической дугой. При устойчивом длительном протекании тока через ионизированный газовый промежуток между двумя электродами, подсоединенными к источнику питания, выделяется тепловая и световая энергия. Температура, развиваемая в дуге, может быть очень высокой, значительно превышающей температуру плавления свариваемых металлов.

Сварка дугой косвенного действия. Осуществляется нагревом металла дугой, горящей между двумя неплавящимися электродами, подключенными к различным полюсам источника электрической энергии. Свариваемое изделие в электрическую цепь не включено. Дуга горит независимо от свариваемого изделия. Нагретые газы столба дуги контактируют с поверхностью металла, нагревают его и, при достаточной мощности дуги, расплавляют. Сварка может выполняться как без добавочного присадочного металла, так и с применением присадки, подаваемой в дугу в виде прутка.

Сварка неплавящимся электродом.Выполнятся, когда свариваемое изделие включено в цепь дуги и является одним из ее полюсов. Второй полюс дуги находится на неплавящемся электроде. (Сварка на прямой и обратной полярности, на переменном токе.) Эффективность при этом способе значительно выше, чем при сварке дугой косвенного действия, при одинаковой электрической мощности дуги.

Сварка плавящимся электродом.Выполнятся по такой же схеме, как и при неплавящемся электроде (изделие включено в цепь дуги и является одним из полюсов). Электрод является металлическим, интенсивно расплавляется дугой, и обеспечивает введение в сварочную ванну дополнительного (наплавленного) металла.

Этот вид сварки является наиболее эффективным видом сварки плавлением и в связи с этим имеет наибольшее распространение в промышленности при изготовлении и ремонте металлических конструкций.

Разновидности сварки плавящимся электродом.

1.Ручная дуговая сварка (РДС) – когда сварка осуществляется специальными штучными электродами с обмазкой для защиты дуги и сварочной ванны. Подача электрода в зону плавления и перемещение электрода вдоль шва осуществляется сварщиком вручную.

Для изготовления электродов должны быть правильно подобраны электродная проволока и состав покрытия электродов. Марки проволоки имеют условное обозначение, например Св-08ГА: первые две буквы означают, что эта проволока сварочная, следующие за ними цифры и буквы характеризуют содержание различных элементов в металле проволоки – первые две цифры – выраженная в сотых долях процента массовая доля углерода, в данной марке она равна 0,08%. Буква Г указывает на содержание в проволоке марганца, в данном случае 0,8 – 1,1%, а буква А – на изготовление ее высококачественной стали с уменьшенным содержанием вредных примесей (серы и фосфора). В других марках после первых двух цифр, указывающих на содержание углерода, ставятся буквы и цифры: обозначают содержание отдельных элементов, цифры – их массовою долю в процентах.

Табл. Обозначение элементов в марках электродной проволоки.

В проволоке Св-10Х11ВМФН содержится в процентах: углерода 0,1; хрома 10 – 12; вольфрама 1 – 1,4; молибдена 1 – 1,3; ванадия 0,25 – 0,5; никеля 0,9 – 1,1.

В состав покрытия входят ряд материалов, которые выполняют определенные функции при сварке. Покрытие образуется из хорошо размолотых и перемешанных материалов, связанных жидким стеклом и нанесенных на стержни под давлением. Применяемые для электродного покрытия материалы разделяют на группы в соответствии с их функциями.

К материалам, образующим шлак, относятся полевой шпат, кремнезем, магнезит, мрамор др.

К газообразующим материалам относятся минералы, которые кроме шлака образуют защитный газ – это мрамор, магнезит и др. Кроме того, в состав покрытия вводят органические вещества – крахмал, целлюлозу, древесную муку и др., которые выделяют только защитный газ.

Важную роль играют стабилизирующие вещества, предназначенные для обеспечения устойчивости горения дуги. К ним относятся соединения щелочных и щелочноземельных металлов калия, натрия, кальция и др.

Для восстановления окисленного в процессе сварки металла применяют специальные раскислители, к которым относятся ферросплавы – ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и др. Эти же ферросплавы служат легирующими материалами, которые увеличивают содержание марганца, титана и др. элементов в металле шва. Кроме того, для легирования иногда используют порошкообразные металлы. В покрытие также вводят пластификаторы, улучшающие его пластические свойства.

Согласно ГОСТ 9467—75 электроды подразделяются на типы. ГОСТ предусматривает 14 типов электродов для конструкционных сталей и 9 типов для теплоустойчивых сталей. Типы электродов для сварки конструкционных сталей обозначают буквой Э, после которой следуют цифры минимального временного сопротивления наплавленного этим электродом металла в кгс/мм², например электроды Э42 должны гарантировать минимальное временное сопротивление 420 МПа. Буква А, стоящая после цифр (например, Э46А) означает, что электроды этого типа обеспечивают более высокие пластические свойства наплавленного металла, чем без буквы А. Типы электродов для сварки теплоустойчивых сталей также обозначают буквой Э, после которой следуют буквы и цифры, характеризующие химический состав наплавленного металла.

Каждому типу электродов может соответствовать несколько марок электродов. Марка электродов характеризуется определенным составом покрытия, маркой электродного стержня, технологическими свойствами, свойствами металла шва.

Условное обозначение электродов для сварки конструкционных сталей состоит из обозначения марки электрода, типа электрода, диаметра стержня, типа покрытия и номера ГОСТа. Например, УОНИ-13/45-Э42А-4,0-Ф ГОСТ 9467—75 расшифровывается: УОНИ-13/45 – марка электрода; Э42А – тип электрода; 4,0 – диаметр электродного стержня в мм; Ф – фтористо-кальциевый тип покрытия.

2. Полуавтоматическая сварка – подача электрода в зону плавления осуществляется автоматически, а перемещение вдоль шва – вручную.

3. Автоматическая сварка – подача электрода и в зону плавления и перемещение вдоль шва осуществляется автоматически.

Сварка плавящимся электродом может выполняться:

а) открытой дугой, когда в область дуги не подается защитный газ или флюс; зона дуги доступна наблюдению. Защита от воздействия воздуха часто осуществляется специальными веществами (газообразующими, шлакообразующими), вносимыми с электродом обычно в виде покрытия;

б) дугой под флюсом, когда место горения закрыто порошкообразным флюсом, расплавляющимся теплом дуги и образующим шлак; в этом случае дуга не видна – она горит в пространстве (газовой полсти), изолированном от окружающей среды слоем шлака и нерасплавившегося порошкообразного флюса.

В) дугой, защищенной от воздуха специальной газовой защитой, например углекислым или инертными газами. Этот способ называют сваркой в защитных газах.

Плазменная обработка металлов.

Для получения плазменной дуги служит устройство, называемое плазмотроном. Существует два типа плазмотронов – с дугой прямого и с дугой косвенного действия.

Рис. 1.7. Схема устройства плазмотрона.

В плазмотронах прямого действия (рис.1.7) плазменная дуга создается между стержневым электродом 1, вмонтированным в газовую камеру 2, и обрабатываемым изделием 4. Сопло 3 электрически нейтрально и служит для сжатия и стабилизации дуги.

В плазмотронах косвенного действия плазменная дуга создается между электродом 1 и соплом 3.

Сжатие столба дуги происходит следующим образом: рабочий газ, проходящий через столб дуги, нагревается, ионизируется и выходит из сопла плазмотрона в виде плазменной струи. Слой газа, омывающий столб газа снаружи, остается относительно холодным, образуя тепловую и электрическую изоляцию между плазменной дугой и каналом сопла. Плотность тока в плазмотронах достигает 100 А/мм², а температура 15000 – 30000⁰ С.

Процесс возбуждения дуги непосредственно между электродом и изделием осуществить очень трудно. В связи с этим вначале возбуждается дуга между электродом и соплом (дежурная), а затем при касании ее факела изделия происходит автоматическое зажигание основной дуги между электродом и изделием. После возбуждения основной дуги дежурная дуга отключается. Дежурная дуга питается от того же источника через токоограничивающее сопротивление.

В плазмотронах с дугой прямого действия в изделие вводится дополнительное тепло за счет электрического тока и к.п.д. их значительно выше, чем у плазмотронов косвенного действия. В связи с этим плазмотроны с дугой прямого действия целесообразно применять для сварки, резки, наплавки, а плазмотроны с дугой косвенного действия – для напыления, нагрева и т.д.

Электрошлаковая сварка. Процесс идет в пространстве, ограниченном кромками свариваемой детали и ползунами (рис. 1.8). Тепло в шлаковой ванне выделяется за счет прохождения в ней тока I_ш. В холодном состоянии шлак практически не электропроводен. Поэтому для наведения шлаковой ванны сначала возбуждают дугу, которая расплавляет флюс, образуется шлаковая ванна, которая гасит дугу, в результате чего начинается шлаковый процесс. В результате тепловыделения в шлаке увеличивается его электропроводность. Объем расплавленного шлака увеличивается, и весь ток от электрода 5 к свариваемому изделию 1 будет проходить через шлаковую ванну 3. Вследствие выделения тепла в шлаковой ванне расплавляются электрод 5 и кромка свариваемого изделия 1, образуя металлическую ванну 2. Для предотвращения вытекания расплавленного металла и шлака применяют специальные медные формирующие устройства 4 (ползуны).

Этот способ применяется для сварки металлов достаточно большой толщины, причем шов выполняется на всю толщину свариваемого металла за один проход. В промышленности освоена сварка изделий с толщиной металла в месте выполненного шва около 1 м.

Электроннолучевая сварка. Сварка осуществляется в вакуумной камере при давлении 10^-1 – 10^-5 мм рт.ст. (1.3 – 0,0013 Па). Тепло в изделии, подлежащее сварке, выделяется в результате торможения электронов направленного электронного луча. Луч формируется в специальной электронной пушке, имеющей нагреваемый катод (эмиттер). Питание пушки осуществляется от высоковольтного выпрямителя. Фокусировка пучка электронов обеспечивается воздействием электромагнитных полей специальной фокусирующей электромагнитной линзы.

Выполнение сварных швов на изделии заданной длины и направления обеспечивается перемещением сварочного стола при помощи привода, или электронного луча вследствие перемещения пушки, или отклонения луча с помощью электромагнитной отклоняющей системы.

Рис. 1.8. Схема электрошлаковой сварки, 1 – сваренное изделие; 2 – жидкий металл; 3 – шлаковая ванна; 4 – ползуны; 5 – электрод; 6 – скользящий контакт.

Этот способ применяется при изготовлении изделий из легкоокисляющихся или тугоплавких металлов. Он может обеспечить высокие скорости сварки и малые деформации свариваемых изделий.

Лазерная сварка .    В 1960 – 1961гг. появились первые лабораторные макеты оптических квантовых генераторов (ОКГ) или так называемые лазеры. В настоящее время лазерная сварка находит применение в приборостроении.

В соответствии с квантовой теорией энергия элементарных излучателей может изменяться только скачками, кратными некоторому значению, постоянному для данной частоты излучения. Минимальная порция энергии называется квантом энергии

w = h,

где h – постоянная Планка (6,625*10^-34В*А*с²), γ – частота излучения.

В любой микросистеме, включающей в себя молекулы, атомы, ионы и электроны, их движение и ориентация соответствуют дискретному ряду энергий – энергетическим состояниям или уровням. Внешние источники энергии, взаимодействуя с микросистемой, изменяют ее внутреннюю энергию. При этом частицы совершают переход с одного энергетического уровня на другой (возбуждаются). Для перевода активных частиц из равновесного в возбужденное состояние служат источники возбуждения, которые называются генераторами накачки. Они могут воздействовать на активное вещество следующими основными способами:

световым полем;

потоком электронов;

потоком радиоактивных частиц;

химическим возбуждением.

Рис. 1.9. Схема энергетических Рис. 1.10. Принципиальная блок-

уровней ионов хрома в рубине. Схема действия ОКГ.

1 – источник питания; 2 – источник возбуждения; 3 – электромагнитное поле; 4 – активное вещество; 5 – полупрозрачное зеркало, образующее открытый резонатор.

Наиболее применимы системы возбуждения световым полем, состоящие из источника света – газоразрядной лампы «накачки» спирального или карандашного типа и рефлектора. Источником питания обычно является конденсатор большой мощности, заряжаемый от выпрямителя.

Механизм возбуждения и излучения показан на примере трехуровневого лазера, где в качестве активного вещества используется синтетический рубин с примесью хрома. (рис. 1.9 и 1.10). При освещении кристалла рубина белым или зеленым светом ионы хрома возбуждаются и переходят на высший уровень 2, поглощая энергию зеленой части спектра. Уровень 2 нестабилен и частицы быстро совершают безизлучательный переход на промежуточный (метастабильный) уровень 3, где может находиться значительное число частиц. При воздействии на кристалл слабого излучения соответствующей частоты или при переходе хотя бы одной из частиц на низший уровень все частицы с промежуточного уровня совершают переход ( = 6943 А – красный цвет) на основной уровень 1 синфазно. Это и создает когерентное излучение, монохроматическое, так как уровень 3 узкий.

Узконаправленность и резонансное усиление энергии достигается с помощью объемного резонатора, имеющего два строго параллельных зеркала, например, торцы кристалла, между которыми тысячекратно отражаются световые лучи. В ОКГ одно из зеркал делается полупрозрачным, и через него происходит выход излучения.

Энергия, излучаемая в современных лазерах, составляет величины от единиц до сотен Дж. Плотность энергии до ста Дж./мм².

Вопросы для самопроверки к разделу 1.

1.Чем обеспечивается монолитность твердых тел?

2.Чем обеспечивается связь атомов твердых тел?

3.Перечислите виды элементарных связей атомов в твердых телах.

4.Перечислите условия установления взаимосвязи между поверхностями двух кусков металла, приводящие к возможности получения свойств в месте связи, сопоставимых со свойствами целого металла.

5.За счет чего достигается адгезионный контакт и активация поверхности при сварке плавлением?

6.За счет чего достигается адгезионный контакт и активация поверхности при сварке давлением?

7.Дайте определение понятия сварка металлов.

8.Какие существуют принципы классификации видов сварки металлов?

9.Приведите примеры классификации видов сварки по виду затрачиваемой энергии.

10.Как классифицируются виды сварки по состоянию металла в сварочной зоне в момент сварки?

11.Каковы особенности применения различных видов сварки?

12.Кратко охарактеризуйте следующие виды сварки: холодная сварка; ультразвуковая сварка; кузнечная и газопрессовая сварка; контактная сварка; индукционная сварка; газовая сварка; дуговая сварка и ее разновидности; электрошлаковая сварка; сварка электронным лучом; лазерная сварка.