Газы применяемые при газопламенной обработке:

Кислород – при нормальных условиях имеет плотность 1,33 кг/м 3 , температура кипения –183 о С (90 К), из одного литра жидкого кислорода получается 860 л. при 1кг/см 2 Транспортируется в танках в жидком состоянии и в баллонах в газообразном при давлении 150 кг/см 2 , объем стандартного баллона 40 литров.(6000л. газа с баллона при нормальном давлении).

Горючие газы:(ацетилен, водород, СО, метан, пропан, пары керосина и бензина)

Ацетилен обеспечивает максимальную температуру пламени 3200 о С, но является взрывоопасным газом. Поэтому баллон емкостью 40 л. на заполнен пористой массой и ацетоном. Ацетилен имеет очень высокую растворимость в ацетоне и при давлении 16 кг/см 2 объем газа составляет – 5 м 3 . Ацетилен может быть получен и из карбида кальция по реакции:

СаС 2 + 2Н 2 О = С 2 Н 2 + Са(ОН) 2

В специальных ацетиленовых генераторах. Ацетилен при этом получается дешевле, но образующаяся известь загрязняет окружающую среду и этот способ в пределах населенных пунктов запрещен.

Защитные газы

Инертные в основном применяются аргон и гелий. Аргон сварочный марки А имеет чистоту > 99,99 % и влажность < 0,03 г/м 3 . Инертные газы транспортируются в баллонах в газообразном состоянии при давлении 150 кг/см 2 . Температура кипения аргона –185,5 о С, а гелия –268,9 о С (4 К). Поэтому аргон может поставляться на предприятия в больших количествах в жидком виде – в танках-газификаторах.

Активные в первую очередь СО 2 и ее смеси с кислородом или аргоном.

Углекислота имеет температуру кипения (сублемации) –78,9 о С и содержится в 40 литровых баллонах в жидком состоянии. В зависимости от температуры давление в баллоне меняется: –30 о С 14,5 ати; –10 26 ати; 0 35,5 ати; +20 58,5 ати.

В баллон заливают 25 кг жидкой углекислоты из которой получают примерно 12,5 м 3 газа. (расход газа на защиту около 10 л/мин или 0,6 м 3 /час) т е один баллон на 20 часов.

Сварочный углекислый газ при минимальном содержании влаги (в отличии от пищевого) обеспечивает хорошую защиту нормальные условия для протекания окислительно-восстановительные процессов при наличии повышенного содержания кремния и марганца в проволоке (Св-08Г2С).

Добавление 3…5 % кислорода к СО 2 снижает разбрызгивание металла примерно не 30 %.

При наплавке стеллитов используются смеси аргона с 7…12 % водорода. Это обеспечивает раскисление поверхности металла и хорошее растекание присадки.

СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Для получения неразъемных соединений деталей конструкций или соединений из металлов применяют сварку. По виду используемого источника энергии различают сварку газовую и электрическую. Работы по выполнению газовой или электрической сварки называются сварочными.

Газовая сварка

Газовая сварка - способ сварки металлических изделий с помощью газового пламени, которое образуется в результате сгорания смеси технически чистого кислорода с горючим газом. Кислород (О 2) - газ с массой, равной 1,33 кг/м 3 при давлении 9,810 Па (1 кгс/см 2), активно поддерживающий горение! Кислород обычно поставляется в стальных баллонах под давлением 15 МПа. Присоединение незначительного количества масла или жиров к кислороду приводит к самовоспламенению или взрыву. Поэтому кислородные баллоны необходимо предохранять от загрязнения маслом.

Горючие газы выделяют при интенсивном горении большое количество тепла. К таким газам относятся ацетилен, водород, метан, пропан. В качестве горючего газа используется преимущественно ацетилен, так как ацетиленокислородное пламя дает наиболее высокую температуру (3100-3200°С). Водородно-кислородная, бензинокислородная и другие виды газовой сварки применяются давно.

Ацетилен (С 2 Н 2) представляет собой газообразное химическое соединение уг­лерода с водородом. В чистом виде ацетилен взрывоопасен, поэтому при исполь­зовании его необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. Тех­нический ацетилен получают разложением жидких углеводородов (нефти, ке­росина) термоокислителъным процессом природного газа. Однако в практике часто ацетилен получают на месте сварки в ацетиленовых генераторах из карби­да кальция (кускообразное вещество темно-серого или коричневого цвета с объемной массой 2,26 кг/дм 3) разложением его водой:

СаС 2 + 2Н 2 0 = С 2 Н 2 + Са(ОН) 2 .

В результате реакции из 1 кг технического карбида кальция получают при­мерно 235-285 л ацетилена. Для сварочных работ применяют генераторы ацети­леновые низкого (0,01 МПа) и среднего (0,01-0,15 МПа) давления.

При незначительных объемах сварочных работ ацетилен, растворенный в аце­тоне, доставляют в стальных баллонах. Растворенный ацетилен не дает паров воды, образует более горячее пламя и является взрывобезопасным.

Кислород и ацетилен по шлангам подводятся к сварочной горелке - устрой­ству для регулируемого смешения горючего газа и кислорода и сгорания смеси на выходе из мундштука горелки. Нагретый пламенем стык свариваемого метал­ла расплавляется (температура пламени 3000-315.0°С) и вместе с присадочным материалом (прутками, проволокой) образует сварочную ванну. Сварочное пла­мя (температура пламени 3000-3150°С) одновременно оплавляет кромки соеди­няемых деталей и вместе с присадочным материалом (прутками, проволокой) образует сварочную ванну (сварной шов). Возможно применение флюсов - сва­рочных порошков или паст для защиты металла от окисления и удаления обра­зующихся окислов при сварке. В качестве флюсов используют прокаленную буру, борную кислоту, кремнекислоту и пр.

Металлургические процессы при газовой сварке сопровождаются: испарени­ем металла, когда в процессе его нагрева до температуры, близкой к кипению, испаряются легирующие добавки (цинк, алюминий, магний, свинец), что вле­чет за собой изменение свойств металла; окислением, когда в результате окисле­ния железа и выгорания углерода шов получается пористым с пониженными механическими свойствами; раскислением металла сварочной ванны углеродом, окисью углерода, водородом, которые имеются в пламени газовой горелки или применением сильных раскислителей (кремния и марганца в виде флюса). Из­меняя соотношение кислорода и ацетилена, можно добиться нормального сва­рочного пламени (восстановительного), избыточного по кислороду (окислитель­ного) и избыточного по ацетилену (неуглероживающего).

Сварочное оборудование для газовой сварки состоит из баллонов кислорода, баллонов хранения или получения горючего газа, редукторов (для регулирова­ния давления газа), шлангов для подачи газа и горелки. Газовой сваркой выпол­няют нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы. Наиболее ча­сто газовую сварку применяют для стыковых соединений, реже - для угловых и торцевых. При этом в зависимости от движения горелки и присадочной прово­локи различают левую и правую сварку. Кроме того, сварные швы могут быть выполнены сквозным валиком и ванночкой при наложении швов в один и не­сколько слоев.

Газовая резка применяется при изготовлении металлических изделий. Приме­няют кислородную и кислородно-флюсовую резку металла.

Кислородная резка по назначению делится на разделительную (для вырезки заготовок, раскроя листов) и поверхностную (для раздела канавок на металле, удаления поверхностных дефектов). Эта резка основана на плавлении металла пламенем, которое образуется сгоранием какого-либо горючего газа в кислороде, и выполняется вручную резаком и на машинах полуавтоматического и автома­тического действия. Режущая струя кислорода с газом, касаясь нагретого метал­ла, окисляет и сжигает его верхний слой. Процесс окисления вызывает выделение большого количества тепла, которое расходуется на нагрев нижележащих слоев металла. Для кислородной резки пригодны горючие газы (ацетилен, коксовый газ) и жидкие материалы (керосин, бензин), дающие температуру пламени не менее 1800°С. Для резки металла используют горелки, конструкция которых от­личается от горелок для сварки.

Кислородно-флюсовая резка применяется для раскроя хромистых и хромоникелевых сталей и заключается в том, что в струю режущего кислорода подают порошкообразный флюс (железный порошок), который при сгорании выделяет дополнительное количество тепла, способствующего расплавлению тугоплавких материалов.

Газовая сварка мало механизирована и выполняется обычно вручную. Она применяется в основном для сварки тонкостенных (0,1-6 мм) изделий из стали, чугуна, меди, алюминия, всевозможных сплавов. Для сварки толстых деталей можно использовать другие, более дешевые и удобные виды сварки. Газовая свар­ка дает удовлетворительное качество шва, однако при этом способе нередки слу­чаи коробления свариваемых деталей вследствие нагрева большого объема ме­талла. Преимущества газовой сварки: портативность и невысокая стоимость ап­паратуры. К недостаткам относятся: высокая стоимость работ и взрывоопасность. Поэтому газовую сварку при возможности заменяют дуговой электросваркой.

Электрическая сварка

Электрической сваркой называется способ сварки металла, при котором источ­ником теплоты для получения необходимой температуры является электричес­кая энергия. Электрическую энергию в тепловую можно преобразовать двумя способами:

♦ пропусканием электрического тока через свариваемые детали, сближен­ные одна с другой, - контактная сварка;

♦ с помощью электрической дуги - дуговая сварка.

Для получения сварных соединений на строительной площадке в основном применяют следующие способы электрической сварки (рис. 1):

♦ электродуговая ручная плавящимся электродом, при которой свариваемые детали нагреваются электрической дугой, горящей между ними и электро­дом. Дуга расплавляет кромки деталей и электрод, расплавленный металл образует сварной шов;

♦ электродуговая полуавтоматическая под флюсом, при которой сварка про­изводится дугой, горящей под флюсом между изделием и электродной про­волокой, проходящей по гибкому шлангу от подающего механизма. Флюс, частично расплавленный при сварке и образующий на поверхности шва слой шлака, предназначен для защиты расплавленного металла от вредно­го воздействия кислорода и азота воздуха и улучшения свойств наплав­ленного металла;

♦ электродуговая плавящимся электродом в углекислом газе, который по­дается в зону дуги под небольшим давлением через специальный наконеч­ник. Дуга поддерживается между присадочной проволокой и свариваемым изделием.

Рис. 1. Основные способы электрической сварки и положения швов: а - электродуговая ручная плавящимся электродом: 1 - свариваемые детали; 2 - электрическая дуга; 3 - электрод; б - электродуговая полуавтоматическая под флюсом: 1 - свариваемое изделие; 2 - электродная проволока; 3 - флюс; 4 - держатель; 5 - гибкий шланг; 6 - подающий механизм; в - электродуговая плавящимся электродом в углекислом газе: 1 - свариваемое изделие; 2 - дуга; 3 - присадочная проволока; г - электрошлаковая: 1 - ползуны; 2 - свариваемые детали; 3 - электродная проволока; 4 - флюс; 5 - шлак; 6 - сварной шов; д, е, ж - положение швов на плоскости (д - фланговой, е - лобовой, ж -косой); з - в пространстве: I - нижнее; II - вертикальное; III - потолочное; и - горизонтальный шов на. вертикальной плоскости

Сварка в защитных газах как плавящимся, так и неплавящимся электродом может быть автоматической и полуавтоматической. Этот спо­соб характеризуется высокой производительностью и хорошим качеством шва;

Электрошлаковая, при которой в зазор между расположенными вертикаль­но свариваемыми деталями подается флюс и электродная проволока. В на­чале процесса дуга горит, после образования достаточно большого слоя шлака она гаснет, так как проводимость жидкого шлака выше проводимо­сти дуги. Электрический ток, проходя через жидкий шлак, выделяет боль­шое количество теплоты, достаточное для расплавления электродной проволоки, кромок соединяемых деталей и образования сварного шва. Жидкий металл удерживается в ванне, образованной прижатыми к дета­лям ползунами. Вместо проволоки может быть использован пластинчатый электрод.

Сварочные работы для монтажа металлических и арматурных конструкций на строительных площадках в основном производятся с помощью электродуговой сварки. Чаще всего применяется ручная дуговая сварка, которая постепенно вы­тесняется более совершенными видами сварки: полуавтоматической с использо­ванием порошковой проволоки, полуавтоматической ванной и ванно-шовной, по­луавтоматической с открытой дугой в среде защитного газа, электрошлаковой и т.д. По типам сварных швов при монтаже и сборке конструкций дуговую сварку можно подразделить на шовную и точечную, многошовную, ванную и ванно-шовную.

Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой проволоку стальную сварочную диаметром 1,6-12 мм и длиной-225-450 мм, покрытую специальной обмазкой, обеспечивающей стабильное горение сварочной дуги и получение соединения с требуемыми свойствами.
Для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом и в среде защитных газов используют стальную сварочную проволоку сплошного сечения. Ее следует очищать от ржавчины, жировых и других загрязнений.

Покрытые электроды, порошковые проволоки и флюсы перед употреблением необходимо прокалить по режимам, указанным заводами-изготовителями сва­рочных материалов. Прокаленные сварочные материалы следует хранить в су­шильных печах при 45-100 °С или в кладовых-хранилищах с температурой воз­духа не ниже 15 °С и относительной влажностью не более 50%, не допуская ув­лажнения и механических повреждений. Флюс перед применением просушивают до нормальной влажности (0,1%).

Источниками питания сварочной дуги служат трансформаторы, преобра­зователи и выпрямители. Для сварочных работ, выполняемых в закрытых, отапливаемых помещениях, целесообразно применять сварочные выпрямители, чувствительные к температурным изменениям; на открытом воздухе лучше эксплуатировать преобразователи и трансформаторы.

При работе в полевых условиях в качестве источников питания используют сварочные агрегаты, состоящие из генератора постоянного тока и двигателя внут­реннего сгорания, смонтированных на общей раме и соединенных эластичной муфтой. Агрегат устанавливается в кузове автомобиля, на автомобильном или тракторном прицепе.

Сварку конструкций следует производить после проверки правильности сборки.

Типы швов монтажных стыков стальных конструкций в зависимости от их положения приведены на рис. 1, д-и. Основные типы сварных соединений - одношовные и точечные. Шовные соединения могут выполняться с двумя на­кладками или внахлестку. При этом выполняется два или четыре фланговых шва. Стыковые точечные соединения выполняют с двумя накладками из стержней че­тырьмя точками с одной стороны и с нахлесткой стержней, двумя точками с од­ной стороны и с нахлесткой стержней, двумя точками с каждой стороны.

Типы сварки арматуры показаны на рис. 8.2. Наиболее эффективным спосо­бом соединения стержней арматуры диаметром 20-40 мм в условиях строитель­ной площадки является ванная сварка в съемных формах многоразового (медь, графит и др.) или одноразового использования. Эффективна технология ванной сварки сталей с использованием гибких подкладных лент из стекловолоконных и стеклотканевых материалов. Формы снимают через 5-10 мин после оконча­ния ванной сварки.

Рис..2. Типы сварки арматуры: а - внахлестку для стержней диаметром до 40мм; б- то же, до 80мм; в, г -с накладками для стержней диаметром до 80мм; д - со стальной прокладкой для стержней диаметром 20-30 мм, расположенных горизонтально; е - то же, вертикально; ж - встык с разделкой без подкладки стержней большого диаметра; з, и - полуавтоматическая ванная сварка горизонтальных и вертикальных стержней; к, л- ручная электродная ванная сварка горизонтальных и вертикальных стержней; 1- проволока; 2 - шлак; 3 - наплавленный металл; 4 - электрод.

Общая площадь поперечного сечения накладок должна превышать площадь поперечного сечения на 30-50% для стали классов A-I, А-II и на 100% для клас­сов A-III.A-IV.

Для обеспечения необходимой прочности сварного соединения длину накла­док и сварных швов выбирают с учетом класса основного металла и диаметра стыкуемых стержней d. Длина должна быть не менее 3d 2 (при двусторонних швах) или 6d, (при одностороннем шве) для стержней класса A-I, 4d 2 или 8d, - для классов А-II и A-III и 10d 2 или 5d, -для класса А-IV. При точечной сварке стер­жней длина накладок или нахлестки должна быть не менее 3d 2 для стержней клас­са A-I, 4d, --для класса A-III. Минимальные размеры точек должны составлять: длина 0,27- 1,2 мм, ширина 1,2-2 мм.

Технологические режимы для обеспечения высокого качества сварного шва выбирают в зависимости от вида сварного соединения и толщины свариваемого металла в следующем порядке: устанавливают тип электрода, его диаметр и силу тока, которые являются исходными для принятия всех остальных параметров. При этом диаметр электродов подбирают в зависимости от толщины сваривае­мого металла d a , а силу тока I - в зависимости от диаметра электрода d .

Для обычных сварочных работ принимают следующее соотношение этих ве­личин:

Эти величины нельзя рассматривать как постоянные, так как сварочный ток зависит не только от диаметра электрода, но и от его типа, условий сварки, ско­рости перемещения электрода, погонной энергии и т.д. Выбор диаметра элект­рода при сварке в нижнем положении практически не ограничен и зависит от квалификации сварщика.

При сварке в вертикальном положении не следует выбирать электроды диа­метром более 5 мм, при сварке в потолочном и горизонтальном положениях не рекомендуется использовать электроды диаметром более 4 мм.

При сварке в горизонтальном, вертикальном и потолочном положениях сила сварочного тока на 10-20% должна быть ниже, чем при сварке в нижнем поло­жении. Напряжение при этом также понижается.

Исследования показали, что сила тока (I) растет быстрее, чем диаметр элект­рода (d 3), и медленнее, чем площадь его сечения. Однако на практике при выбо­ре силы тока пользуются зависимостью I = K-d g (К - постоянный коэффици­ент, равный 40-50).

Кроме того, следует учитывать вид защитного покрытия электрода. Для элек­тродов с тонким стабилизирующим покрытием требуется ток меньшей силы, а при толстом покрытии - большей.

Техника сварки должна обеспечить получение сварного шва или точки с за­данными размерами и необходимой прочности.

Большое значение имеет техника наложения шва, которая зависит от толщины свариваемых деталей, ширины шва и глубины провара. При перемещен электрода прямолинейно вдоль шва без колебательных движений наплавляет узкий (ниточный) валик.

Изменяя наклон электрода (угол а) можно регулировать глубину провара влиять на охлаждение ванны. Если сообщать электроду колебательные движения вдоль оси электрода сверху вниз, вдоль линии шва и поперек шва, можно достичь различной степени прогрева кромок изделий, замедлить остывание сварочной ванны и получить необходимый провар и ширину шва.

Сварку арматурных стержней осуществляют в два приема: вначале собранные в кондукторе стержни закрепляют прихватками, располагаемыми с одной ст ороны, а затем накладывают швы вне кондуктора. Последовательность выпол­нения швов зависит от класса стали и ее химического состава. Сварку стыков с накладками и внахлестку из стали классов A-I, A-II, А-Ш ведут от середины на­кладок к их концам.

Сталь класса A-IV (марок 20ХГ2Ц, 20ХГСТ) сваривают со смещаемыми на­кладками, что уменьшает термическое влияние на структуру стали. С этой же целью сварку необходимо начинать с концов накладок и шов выполнять в шах­матном порядке вначале по одной стороне соединения, а затем (после охлажде­ния одностороннего сварного соединения ниже 100°С) по другой стороне, но с отступлением от концов накладки на расстояние d. Это способствует рассредо­точению местных напряжений.

В последние годы для сварки внедряют новые способы - полуавтоматичес­кую сварку порошковой проволокой, открытой дугой в среде защитного газа и под слоем флюса.

Полуавтоматическую сварку порошковой проволокой успешно применяют для различных типов соединений стержневой арматуры периодического и глад­кого профилей. Сварку проводят порошковой проволокой ЭПС-15/2, ПП-АНЗ и другими на полуавтоматах со сварочными преобразователями ПС-300М; ПС-500, ПСГ-500-1 или трансформаторами ТСД-500 и др.

Сварочные полуавтоматы имеют одинаковое устройство, но различную компоновку. Они могут быть стационарными, передвижными и переносными. Сварочный полуавтомат содержит катушку с проволокой, подающее устройство, гибкий направляющий канат, ручной держатель или горелку. Полуавтоматы обес­печивают постоянную плавно регулируемую подачу проволоки и позволяют по­лучать соединения высокого качества.

При сварке под флюсом сварочная дуга между электродом и изделием горит под слоем сыпучего вещества - флюса. В результате погружения дуги в массе образуется среда, которая значительно улучшает условия формирования свар­ного шва, повышает тепловой баланс сварки, предотвращает разбрызгивание и угар металла. Все это дает возможность повысить сварочный ток в 6-8 раз, дове­дя его до 4000 А, и, естественно, сократить длительность сварки почти в 10 раз, обеспечив условия для применения полуавтоматических и автоматических сва­рочных агрегатов.

Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа наиболее распростране­на. Эффективность газовой защиты заключается в том, что струя газа (обычно С0 2) из сопла держателя защищает сварной шов от окисления, позволяет использо­вать электродную проволоку малого диаметра (1 - 1,5 мм) без покрытия и вести сварку в любых положениях без опасности пережога металла.

Дуговая сварка в среде защитного газа высокопроизводительна, легко поддает­ся автоматизации, позволяет выполнять соединения без флюсов и не требует пок­рытий на электродах. В качестве защитных используют инертные газы, уг­лекислый газ, водород и др. Такая среда упрощает процесс сварки, позволяет наблюдать за сварным швом, значительно улучшает качество шва, так как в этом случае практически шов не взаимодействует с кислородом и азотом воздуха. Образующаяся небольшая сварочная ванна позволяет вести сварку без опаснос­ти пережога металла.

Большое теоретическое и практическое значение имеют работы в области исследования режимов и техники сварки термически упрочненной арматуры. Основное затруднение при сварке этих сталей - разупрочнение участка около­шовной зоны, подвергавшегося нагреву до 700 "С. Чем больше погонная энергия сварки, тем шире зона разупрочнения. Поэтому для электросварки термически упрочненной арматуры необходимо применять режимы сварки с погонной энер­гией до 2-10 4 Дж/см (500 кал/см), а также использовать способы сварки с наи­меньшим теплоотводом в основной металл. При этом следует использовать сварку под слоем флюса и в среде защитных газов. При ручной и полуавтоматической сварке рационально применять электроды Э55-Ф, обеспечивающие равнопрочность металла шва с основным термически упрочненным металлом, или электродную проволоку Св-10Г2, Св-10ГСМТ и другие при сварке под флюсом.

Дуговую сварку многослойными швами применяют для соединения арма­турных каркасов на строительных площадках, так как в условиях строительства не всегда возможно использовать сварочные машины. Такими соединениями мо­гут быть узлы сборки железобетонных конструкций (ригелей с колоннами, ба­лок с колоннами, колонны с колонной и т.д.). При этом стержни и другие арма­турные элементы, подлежащие монтажу и стыкованию сваркой, должны быть соосны и иметь отклонения не выше допустимых (+5-20 мм для тонких и +40-50 мм для массивных конструкций). Между торцами стержней должен быть обозначен рекомендуемый зазор. Сварное соединение может выполняться без накладок и с установкой скоб-подкладок.

Подкладка - это дополнительная деталь стыка, которая служит формой для образования сварного шва, и после выполнения соединения частично распреде­ляет усилия в арматурном стержне. Подкладки полукруглой формы называются скобами-подкладками. Длина скобы-подкладки должна быть не менее 2d, но не менее 30 мм, а толщина - 0,2d, но не выходить за пределы 4-6 мм. Для обеспе­чения хороших условий сварки при выполнении горизонтальных соединений на скобах-подкладках концы стержней срезают под углом 5-10°, а при вертикаль­ных - под углом 30-40°. При выполнении горизонтальных и вертикальных со­единений сваркой без подкладок концы стержней срезают с одной или двух сто­рон (в зависимости от доступа к ним).

Сварку многослойными швами можно проводить на полуавтоматических установках или вручную. При этом используют шланговые полуавтоматы А-765М, А-1114М, А-547У, ПШ-5 и др. В качестве источников питания реко­мендуются выпрямители ВС-500, ВС-600, преобразователи ПСГ-500 с жесткой внешней характеристикой или преобразователи ПСУ-500, ПСО-500. При полу­автоматической сварке технологические режимы выбирают в зависимости от диаметров свариваемых стержней и электродной проволоки, расположения шва в пространстве.

Для обеспечения высокого качества соединений сварку на скобах-подклад­ках и без них выполняют в определенном порядке. При температуре окружаю­щей среды (воздуха) ниже О °С на участке соединения протяженностью до 500 мм стержни перед сваркой следует подогревать горелкой. Температура нагрева не должна превышать 600 °С для стали A-I, 800 "С - для сталей А-П, А-Ш, иначе произойдут структурные изменения в стали и снизится ее прочность. После свар­ки стык подогревают в течение 3-5 мин. При сварке на скобах-подкладках каж­дое из соединений выполняют следующим образом: вначале скобу прихватыва­ют сварными точками, затем стык сваривают в нижней части зазора между тор­цами стержней и подкладкой, после чего швы накладывают послойно.

Ванную и ванно-шовную сварки применяют для стыкового соединения стер­жней и пластин диаметром (толщиной) 20-80 мм. Эти виды сварки очень эко­номичны, снижают трудоемкость работ, а также расход электроэнергии и элект­родов в 2-2,5 раза по сравнению со сваркой швами. Сущность ванной и ванно-шовной сварки заключается в создании жидкой ванны расплавленного металла между торцами стержней, уложенного на металлическую (стальную или медную) подкладку. Подкладка служит для образования шва и при расчете прочности со­единения стержней диаметром до 32 мм не учитывается. При сварке основного металла диаметром (толщиной) 36-80 мм считают, что подкладка воспринимает часть усилий, действующих на стержень, т.е. рассматривают ее как накладку при стыковых соединениях.

При образовании шва тепло расплавленного присадочного металла (электродов) разогревает и расплавляет торцы стыкуемого металла и при застывании образу­ется сварной шов. Такие способы можно разделить на ванную, ванно-шовную и электрошлаковую сварки.

Ванная сварка выполняется на стальных цельных или составных подкладках, а также на инвентарных медных подкладках. Она может быть полуавтоматичес­кая под флюсом, многоэлектродной и одноэлектродной.

Полуавтоматическую сварку под флюсом применяют для сварных соедине­ний металла 20-40 мм при помощи полуавтоматов А-537, А-765 и сварочной проволоки Св-0,8 или Св-0,8А диаметром 2,0-2,5 мм. При сварке стержней из стали классов А-1-А- III применяют флюсы АН-8, АН-22, ФН-7 и пр., представ­ляющие собой стекловидный зернистый материал с размером зерен 0,25-3,0 мм. При сварке расплавленный флюс образует оболочку, защищающую капли элек­тродного материала и жидкий металл сварочной ванны от вредного воздействия воздуха. На подготовленных к сварке концах стержней закрепляют подкладки так, чтобы была обеспечена возможность маневрирования сварочной проволо­кой. Перед началом сварки в форму засыпают флюс.

После кристаллизации и охлаждения шва шлак удаляют и инвентарные под­кладки разнимают.

Многоэлектродную ванную сварку производят для стыкования основного металла 20-80 мм с помощью гребенки электродов при питании их переменным током. Применение групповых электродов, объединенных пластинкой или ус­тановленных в пластинчатый электродержатель, позволяет резко сократить вре­мя получения расплавленной ванны, а следовательно, и увеличить производи­тельность труда.

Одноэлектродную ванную сварку применяют для получения сварных со­единений одиночных стержней в медных формах с малым объемом расплавлен­ной ванны. При этом способе источником питания дуги может служить как по­стоянный, так и переменный ток.

Ванно-шовная сварка отличается от ванной тем, что стальная подкладка слу­жит не только для формирования сварного шва, но, оставаясь приваренной к стержням, воспринимает часть усилий, выполняя роль накладки, и упрочняет сварное соединение. При ванно-шовной сварке кроме заварки торцов наплав­ляются также и фланговые швы. При этом размеры подкладок выбираются в за­висимости от диаметра свариваемых стержней. Ванную и ванно-шовную сварки можно выполнять одним электродом или группой электродов (3-8). Режимы сварок зависят от диаметра свариваемой ар­матуры, вида подкладок, диаметра электродов.

Электрошлаковая сварка характеризуется тем, что основная часть энергии, рас­ходуемой на нагрев и плавление металла, обеспечивается за счет тепла, выделя­емого в шлаковой ванне при прохождении через нее тока. Жидкий шлак обеспечивает переход электрической энергии в тепловую, защищает расплавлен­ный металл от воздействия на поверхности металлического расплава и в некото­рых случаях легирует металл шва. Шлаковая ванна образуется расплавлением флю­са, заполняющего пространство между свариваемыми деталями и медной формой. Вначале в слое флюса образуется электрическая дуга, которая расплавляет флюс, а затем ярко выраженная приэлектродная область исчезает, ток переходит с элект­рода в шлаковую ванну, которая и обеспечивает плавление основного и присадоч­ного (электрода) металлов. Коэффициент использования теплового баланса элек­трошлаковой сварки намного выше, чем при сварке открытым электродом.

В настоящее время применяется полуавтоматическая электрошлаковая свар­ка основного металла 20-40 мм. Этот вид сварки по сравнению с ванно-шовной намного эффективнее, он обеспечивает высокое качество сварного шва, повы­шает производительность труда, снижает расходы электроэнергии и электродной проволоки. Поэтому на строительных площадках ванно-шовная сварка посте­пенно вытесняется электрошлаковой. Материалом для электрошлаковой свар­ки является электродная проволока диаметром 2-2,5 мм Св-08ГА, Св-08А и дру­гая, подаваемая полуавтоматами А-765, ПШ-5-1, ПШ-54 с применением флюса АН-348А, ФЦ-4ипр.

При выборе технологических режимов сварки необходима определенная ско­рость плавки (265-55 м/ч подачи проволоки), чтобы не охладить ванну, обеспечить достаточную ее глубину, длину сухого вылета электрода (30-80 мм) и силу тока (360-500 А).

Техника электрошлаковой сварки идентична для соединения как вертикаль­ных, так и горизонтальных стержней. На дно формы (объем ванны) засыпают флюс толщиной 20-25 мм. В первый период сварки конец электродной прово­локи погружают в флюс и точечным касанием с металлом возбуждают дугу и про­плавляют нижнюю часть торца стержня, сообщая электроду колебательные дви­жения. После образования шлаковой, а потом и металлической ванны движение электрода продолжают до заполнения формы. Когда уровень жидкого шлака до­стигнет верхней кромки формы, процесс сварки временно прекращают и возоб­новляют его после усадки расплавленного металла (в момент потемнения шла­ка), чтобы заполнить усадочный кратер.

Для повышения производительности ручной дуговой сварки применяют свар­ку пучками (гребенкой) электродов или многодуговую сварку (сварку трехфазной дугой). При сварке пучком электродов дуга горит поочередно на электродах пуч­ка, что позволяет получить большую плотность тока и увеличить глубину проплавления. Для сварки трехфазной дугой требуются специальные двойные электроды.

Суть импульсной сварки состоит в том, что во время импульса материал элек­трода переносится в сварочную ванну в виде брызг, при малой силе тока поддер­живается расплавленная ванна. Это дает хорошее качество шва, повышает про­изводительность процесса, в частности за счет уменьшения разбрызгиваемое™ металла. Использование при этом электронного управления силой тока импуль­са, продолжительностью и частотой импульсов одновременно со скоростью по­дачи электродной проволоки позволяет получить дугу высокого качества, обес­печивающую сварку во всех положениях. Такое оборудование получило назва­ние синергетического.

Качественно новый способ сварки высокочастотным выпрямленным током отличается универсальными внешними характеристиками с возможностью их регулировки. Его можно использовать при ручной и автоматической, электро­дуговой и аргонодуговой сварках. Этот способ обеспечивает стабильность про­цесса сварки и малое разбрызгивание, позволяет получать высокое качество свар­ного шва, работать в непрерывном и импульсном режимах.

Подварку допускаемых к исправлению дефектов осуществляют электродами диаметром до 4 мм после зачистки места дефекта абразивным инструментом и предварительного подогрева стыка до 200-260 °С.

Ручная сварка выполняется человеком с помощью инструмента, получающего энергию от специального источника. В учебнике рассматривается дуговая сварка - сварка плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой. Дуговую сварку плавящимся электродом выполняют электродом, который, расплавляясь при сварке, служит присадочным металлом. Суммируя эти три определения, можно сказать, что ручная дуговая сварка плавящимся электродом выполняется сварщиком с помощью инструмента, получающего энергию от специального источника; расплавляемый при сварке электрод, закрепленный в инструменте, служит присадочным металлом, вводимым в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному металлу. Этот вид сварки в настоящее время занимает по объему выполненных сварочных работ первое место в строительно-монтажном производстве.

В начальный период внедрения сварки использовали стальные электродные стержни, нарубленные из проволоки и покрытые высушенным меловым раствором для облегчения возбуждения и горения дуги. В настоящее время используют электроды (рис. 1.3) со стержнями из проволоки определенного химического состава, покрытыми на электродообмазочных прессах специальной обмазкой, составленной из компонентов, предохраняющих расплавляемый дуговой металл от вредного влияния воздуха и обеспечивающих требуемый состав и механические свойства сварного соединения. Покрытие электрода, кроме того, улучшает стабильность горения дуги, расплавляемый металл покрывается шлаком и газами, образующимися при расплавлении покрытия и реагирующими с металлом. Разработано и изготовляется промышленностью большое количество покрытых электродов различных марок для ручной сварки сталей и цветных металлов.

Рис. 1.3. Ручная сварка плавящимся электродом, покрытым обмазкой
1 - стержень; 2 -обмазка; 3 - основной металл

Для образования сварного соединения сварщик возбуждает дугу в месте будущего шва и поддерживает ее горение, расплавляя кромки основного металла и электрод. Пространство между свариваемыми частями заполняется жидким металлом кромок и электрода, происходит перемешивание металлов в одной ванне и образование шва. Сварщик передвигает электрод по направлению к шву и вдоль его, образуя соединение свариваемых частей металла.

При дуговой сварке под флюсом (рис. 1.4) дуга горит под слоем сварочного флюса. Сварку выполняют установками автоматизированной сварки: возбуждение дуги, подача электродной проволоки или присадочного металла и относительное перемещение дуги и изделия осуществляются механизмами без непосредственного участия человека по заданной программе. Сварочная дуга расплавляет основной металл изделия, проволоку и флюс, образуя сварочную ванну, покрытую слоем расплавленного флюса. Горящая под флюсом дуга надежно защищена слоем флюса от воздуха и не видна сварщику. Состав порошкообразного флюса подбирают таким, чтобы он помимо защиты от воздуха, расплавляясь, производил металлургическую обработку расплавленного металла, обеспечивая требуемое его качество. Производительность дуговой сварки под флюсом значительно выше ручной, так как этот вид сварки допускает применение больших сварочных Токов, в результате чего масса наплавленного металла в единицу времени в несколько раз больше, чем при ручной дуговой сварке покрытыми электродами. Сварка под флюсом особенно распространена на заводах, изготовляющих строительные конструкции. Она применяется и при монтаже конструкций для ванной сварки арматуры железобетона.

Рис. 1.4. Автоматическая сварка под флюсом
1 - электродная проволока; 2-» свариваемое изделие; 3 - сварочный флюс; 4 - дуга; 5 - сварочная ванна; 6 - расплавленный флюс; 7 - расплавленный металл

Дуговая сварка в защитном газе (рис. 1.5) - это сварка, при которой дуга и расплавленный металл, а в некоторых случаях и остывающий шов для предохранения от контакта с воздухом находятся в защитном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специальных устройств. Этот вид сварки широко применяют при изготовлении строительных конструкций и в меньшей степени при монтаже. Для сварки при изготовлении конструкций используют в качестве защитного углекислый газ. Сварку в углекислом газе (рис. 1.5, а) производят обычно плавящимся электродом, который представляет собой тонкую проволоку, подаваемую по шлангам вместе с газом через горелку в зону сварки специальным механизмом. Такой вид сварки получил название механизированной дуговой сварки. Ручная аргонодуговая сварка (рис. 1.5, б) выполняется с помощью специальной горелки, через которую подается защитный газ (аргон или его смесь с гелием и другими газами). В горелке закреплен неплавящийся электрод из вольфрамового прутка, имеющего высокую температуру плавления (4500°С) и поэтому почти не расплавляющегося и мало расходуемого при сварке Сварка возможна без присадочного и с присадочным металлом, который подается вручную сварщиком или с помощью подающего механизма. В последнем случае - это механизированная сварка.

Рис 1.5. Ручная сварка неплавящимся электродом в защитном газе
без присадочной проволоки (я), с присадочной проволокой (б) 1 - горелка; 2- зона сварки; 3- плавящийся электрод; 4 - неплавящийся электрод; 5 -защитный газ; 6 - присадочный металл

Электрошлаковая сварка (рис. 1.6) разработана и внедрена в производство Институтом электросварки им. Е. О. Патона. Эта сварка осуществляется плавлением, при этом используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Ее применяют для соединения стальных деталей толщиной от 25-30 до 1000 мм и более, расположенных в вертикальном или наклонном до 30° положении. Детали собирают с зазором от 20 мм и более в зависимости от толщины деталей и закрепляют.

Рис. 1.6. Электрошлаковая сварка
1 - детали 2 - медная пластина; 3 - ползун; 4 - расплавленный металл; 5 - шлак; 5 -сварной шов; 7 - электродная проволока

С одной стороны прижимают на всю длину стыка медную пластину, а с другой передвигаемый по мере сварки охлаждаемый медный ползун. Первоначально, на дополнительной входной планке, закрепленной у нижних кромок соединяемых деталей, возбуждается дуга, и создается ванна расплавленного металла и шлака. Затем электродная проволока погружается в щлак, и электрический ток, проходя через шлак в металл, продолжает расплавлять проволоку и кромки металла. Происходит бездуговой электрошлаковый процесс сварки деталей с формированием сварного шва медной пластиной и ползуном. Автоматизирован весь процесс сварки: подача электродной проволоки в зазор, передвижение ползуна вверх, заполнение зазора расплавляемым металлом и шлаком, поддержание оптимального уровня металла и шлака, поддержание принятого режима сварки. Электрошлаковую сварку применяют на заводах строительных металлоконструкций и на стройках при изготовлении и монтаже элементов стальных конструкций кожухов доменных печей, различных емкостей и т. п:

Сварка с принудительным формированием шва (рис. 1.7, а) по способу удержания расплавленного металла от вытекания похожа на электрошлаковую сварку, однако при этом виде сварки идет дуговой процесс, а не электрошлаковый. Сварка осуществляется на установках автоматизированной сварки и возможна во всех положениях. В процессе сварки расплавленный металл удерживается и формируется охлаждаемыми ползунами. При сварке применяют порошковую проволоку, которую изготовляют (рис. 1.7,б) из тонкой стальной ленты, одновременно заполняемой порошком-флюсом и сворачиваемой на специальном станке обжимающими роликами. Этот вид сварки применяют для металла толщиной 10-30 мм при сооружении резервуаров, трубопроводов и других конструкций.

Рис. 1.7. Сварка с принудительным формированием шва
а - положения порошкообразной проволоки при сварке; б - изготовление порошковой проволоки; 1 - расплавленный металл; 2 - ползун; 3 - порошкообразная проволока; 4- стальная лента; 5 -флюс; 6 - обжимающие ролики

Газовая сварка - сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемых с помощью горелки. Для сварки применяют горючие газы, чаще всего ацетилен (С 2 Н 2) или его заменители - пропан-бутановые смеси, природный газ, водород, коксовый и другие газы, а также горючие жидкости (бензин, керосин). Высокая температура сварочного пламени достигается сжиганием горючего газа или паров жидкости в кислороде. Температура ацетиленокислородного пламени достигает 3100- 3200°С, пропанокислородного 2600-3750°С, водороднокислородного 2400-2600 °С и т. д.

Кислород - бесцветный прозрачный газ без запаха. Его получают разделением атмосферного воздуха в специальных разделительных аппаратах. В атмосфере содержится 20,95 % кислорода. Он сжижается при атмосферном давлении и температуре минус 182,9 °С. Для сварки и резки поставляется в газообразном виде в баллонах объемом 40 дм 3 , содержащих 6 м 3 кислорода при давлении 15 МПа. Сжатый кислород, соприкасаясь с маслом или другими жирами, окисляет их с большой скоростью, что приводит к их воспламенению и взрыву. Поэтому баллоны с кислородом надо предохранять от загрязнений, а также от ударов и нагревания, так как баллоны взрывоопасны.

Ацетилен - бесцветный газ с неприятным запахом, взрывоопасен при давлении 0,15-0,2 МПа и температуре до 200 °С. Для взрыва достаточно небольшой искры. Поставляется в баллонах, заполненных специальной пористой массой, пропитанной ацетоном, в котором растворен ацетилен. Давление ацетилена в баллоне не должно превышать 1,9 МПа при 20 °С. Для осуществления сварки или резки баллон должен устанавливаться вертикально, чтобы избежать уноса ацетона вместе с ацетиленом. В баллоне объемом 40 дм 3 содержится растворенного ацетилена 5 м 3 . Для обеспечения кислородом и ацетиленом крупных сварочных цехов кислород завозят в жидком виде в специальных танках, затем дегазируют и снабжают сварочные посты по газопроводам, а ацетилен добывают из карбида кальция (СаС 2) в стационарных ацетиленовых генераторах и по трубопроводам подают в цех. Водород поставляют в баллонах объемом 40 дм 3 под давлением 15 МПа, пропан-бутановые смеси - в баллонах в жидком виде.

Газовые баллоны окрашивают в разные отличительные цвета: кислородные - в голубой, ацетиленовые - в белый, водородные - в темно-зеленый, жидкие горючие газы - в красный.

Следует иметь в виду, что смесь ацетилена и других горючих газов с воздухом и особенно с кислородом взрывоопасна, поэтому баллоны с кислородом надо хранить отдельно от баллонйв с горючими газами и следить, чтобы не было утечки газов из баллонов.

При использовании кислорода и горючих газов для сварки давление их снижают с помощью специальных приборов-редукторов, закрепляемых на выпускном штуцере вентиля баллона.

Для газовой сварки (рис. 1.8) используют газокислородное пламя горелки, в которую газ поступает по шлангам. Для образования сварного шва обычно пользуются присадочной проволокой. Сварка осуществляется вручную и используется в строительстве при сантехнических работах для соединения труб небольшого диаметра, воздухопроводов из металла небольшой толщины, а также при ремонтных работах.

Рис. 1.8. Газовая сварка
1 - газокислородное пламя; 2 горелка, 3 - присадочная проволока

Термитная сварка - сварка, при которой для нагрева используется энергия горения термитной смеси. Эту сварку (рис. 1.9) применяют для соединения стыков арматурной стали, рельсов, проводов и т. п. Свариваемые детали помещают в специальную огнеупорную форму. Затем в тигель, расположенный над стыком, засыпают термитный порошок, состоящий из алюминия и железной окалины, и зажигают его. Сгорая при температуре более 2000°С, термит образует из окалины жидкий металл, который расплавляет кромки деталей и сваривает их. Возможны добавление присадочного металла в процессе сварки в виде прутка и перемешивание ванны этим прутком для лучшего удаления шлаковых и газовых включений и формирования шва. Использование заранее приготовленных термитных патронов для сварки проводов и токопроводящих шин заметно повышает ее производительность.

Рис. 1.9. Термитная сварка
1 - свариваемые детали; 2 - огнеупорная форма, 3 - тигель; 4 - электрод

Плазменная сварка - это сварка плавлением, при которой нагрев происходит сжатой дугой (рис. 1.10). Плазмой называют ионизированный и нагретый газ. Для его получения струю газа подают под давлением в сопло плазмотрона - горелки для сварки или резки сжатой дугой, в которой закреплен вольфрамовый электрод. Проходя в сопле через дугу, газ нагревается, ионизируется, при этом стенки сопла увеличивают давление на дугу, и она выходит из сопла в виде плазмы с температурой до 40 000°С. Плазменная струя хорошо режет металл, поэтому в строительном производстве плазмотроны используют главным образом для резки сталей и цветных металлов. Для сварки этот вид осваивается только при использовании в автоматизированных установках.

Рис. 1.10. Плазменная сварка
1 - дуга; 2 - сопло плазмотрона; 3 -электрод

Контактная сварка - сварка с применением давления, при которой используется тепло, выделяющееся в контакте свариваемых частей при прохождении электрического тока. Этот вид сварки, в свою очередь, подразделяется на несколько видов: точечная контактная сварка, рельефная сварка, шовная контактная сварка, стыковая контактная сварка оплавлением и контактная сварка сопротивлением.

Точечная контактная сварка (рис. 1.11, а), - это сварка, при которой сварное соединение получается между торцами электродов 4 и 5, подводящих ток и передающих усилие сжатия. Место контакта 1 соединяемых деталей расплавляется теплом, выделяемым при прохождении электрического тока, электроды сжимаются усилием, в результате чего образуется сварная точка 6. Точечную сварку широко применяют при изготовлении арматурных сеток, в местах пересечения стержней. Для соединения пересекающихся стержней пространственных арматурных конструкций применяют специальные подвесные сварочные клещи.

Рис. 1.11. Контактная сварка
а - точечная, б шовная, в - стыковая сварка оплавлением, 1 - сварное соединение, 2, 3 - соединяемые детали, 4, 5 - электроды, 6 - сварная точка; 7 - усилие сжатия

Рельефная сварка - это контактная сварка, при которой сварное соединение получается на отдельных участках, обусловленных их геометрической формой, в том числе по выступам. Этот вид сварки применяют для соединения стержней арматуры с плоскими закладными пластинами, для чего на пластинах или на стержнях делают один-два выступа. Контактная сварка осуществляется при пропускании тока и сжатии стержня с пластиной специальными электродами, в результате чего места примыкания выступов к стержню разогреваются до оплавления, а при сжатии образуются точечные сварные соединения.

Шовная контактная сварка (рис. 1.11,6), при которой соединение свариваемых деталей происходит между вращающимися роликовыми электродами 4 и 5, подводящими ток и передающими усилие сжатия. Точки 1 перекрывают друг друга, образуя непрерывный шов. Этот вид сварки применяют для соединения строительных конструкций из тонкого металла, воздухопроводов, облицовочных кожухов труб и др.

Стыковая сварка оплавлением (рис. 1.11, в)-это стыковая контактная сварка, при которой нагрев металла сопровождается оплавлением торцов. Свариваемые детали закрепляют в губках контактной стыковой машины, к которым подведен электрический ток. При сближении деталей малым усилием между торцами происходит сильный разогрев, сопровождаемый искрами и брызгами, в результате чего торцы оплавляются, затем усилием детали быстро сближаются, ток выключается, и образуется сварное соединение, окруженное выдавленным гратом, состоящим из окисленного перегоревшего металла, который очищают. Для деталей большого сечения с целью снижения электрической и механической мощности машины применяют стыковую сварку с предварительным подогревом путем периодического сближения деталей с небольшим давлением и нагревом стыка небольшим током. После нагрева до определенной температуры увеличивают ток и осуществляют сварку оплавлением. Этот вид сварки используют для стыкования арматурных стержней и соединения труб.

Стыковая сварка сопротивлением - контактная стыковая сварка, при которой нагрев металла осуществляется без оплавления стыкуемых торцов. Схема сварки аналогична приведенной на рис. 1.11,в. Сперва сжимают детали губками, а затем включают ток. Между торцами создается контактное сопротивление, отдельные выступы на торцах под влиянием температуры сминаются, и дальнейший нагрев происходит за счет сопротивления деталей. Когда температура металла на торцах приблизится к температуре плавления, происходит под влиянием усилия сжатия сварка с образованием плавного утолщения.

Электронно-лучевая сварка (рис. 1.12) - сварка плавлением, при которой для нагрева используют энергию ускоренных электронов. Для получения сварочного луча электронов применяют электронную пушку. Она состоит из вольфрамового или металлокерамического катода, который размещен в фокусирующей головке, на некотором расстоянии находится ускоряющий электрод-анод с отверстием. При пропускании переменного тока низкого напряжения нагретый катод эмитирует (испускает) поток электронов, который, проходя через отверстие анода, приобретает мощное ускорение, а затем формируется магнитной линзой и отклоняющей магнитной системой, в результате чего образуется узкий уплотненный пучок электронов, направленных на небольшую площадку изделия. Положительный потенциал анода достигает нескольких десятков тысяч вольт. При ударе о поверхность металла энергия электронов превращается в тепловую, проплавляя металл узким швом. Сварку выполняют в вакууме, создаваемом в специальной камере, куда помещают пушку и изделие; в основном ее применяют для соединения тугоплавких, химически активных металлов. В строительной индустрии встречается эпизодически.

Рис. 1.12. Электронно-лучевая сварка
1 - катод, 2 - фокусирующая головка, 3 - анод, 4 - поток злектронов, 5 - магнитная линза, 6 - магнитная система, 7 - пучек злектронов, 8 - изделие

Лазерная сварка - сварка плавлением, при которой для нагрева используется энергия излучения лазера. Эта сварка основана на использовании излучения световой энергии, специально усиленной взаимодействием фотонов с атомами системы. В строительной индустрии пока не применяется, однако в перспективе возможно ее внедрение для специальных видов сварки.

Ультразвуковая сварка - сварка давлением, осуществляемым при воздействии ультразвуковых колебаний- для соединения деталей из пластмасс.

Плазменную, кислородно-дуговую и воздушно-дуговую разделительную и поверхностную резку металлов применяют для термической обработки стали и цветных металлов. Плазменную резку осуществляют плазмотронами для раскроя листов стального проката, алюминия и других цветных металлов. В основном это механизированная резка, для ручной резки применяют резаки-плазмотроны.

При кислородно-дуговой резке используют полый (трубчатый) электрод наружным диаметром 6-10 мм и длиной до 400 мм, покрытый специальной обмазкой. По трубке электрода подается под давлением кислород. Резчик, держа электрод в специальном держателе, включает ток, зажигает дугу с края разрезаемого металла и, перемещая электрод вдоль линии реза, постепенно расплавляет металл, который сгорает в струе кислорода и выдувается им, образуя разрез. Кислородно-дуговую резку используют в основном для подводных работ.

Чаще применяют воздушно-дуговую резку стали. При этом виде резки расплавляемый дугой угольного или графитизированного электрода металл выдувается струей сжатого воздуха, таким образом осуществляется разделительная или поверхностная резка. Контрольные вопросы

1. Что называется сваркой?
2. Какая разница между плавящимся и неплавящимся электродами, их значение?
3. Какие виды сварки плавлением вы знаете?
4. Для чего служат обмазка электрода и защитный газ?
5. В чем разница между дуговой и электрошлаковой сваркой?
6. Что такое плазма?

Упражнения

1. Требуется соединить сваркой две стальные детали, зазоа между ними 4 мм, толщина 5 мм. Какими способами возможна их сварка?
2. Требуется отрезать куски медного листа толщиной 10 мм и длиной 400 мм. Каким способом можно это сделать?

Сварка – процесс создания неразъемного соединения путем установления межмолекулярных и межатомных связей за счет взаимной диффузии молекул и атомов соединяемых деталей.

Сварка осуществляется за счет нагрева или пластического деформирования механическим воздействием на молекулы и атомы в зоне соединения, или тем и другим совместно.

1.Классификация по физическим признакам.

Класс сварки определяется формой энергии, используемой для сварки. Термический класс основан на использовании тепловой энергии. Механический класс – механической энергии. Термо м еханический класс – используется тепловая энергия и давление.

В каждом классе сварка подразделяется на виды по источнику энергии. К термическому классу относятся следующие виды: дуговая, газовая, электрошлаковая, плазменная и т.д.

К механическому классу относятся: сварка трением (для пластмасс), взрывная, холодная давлением (для специальных видов пластмасс). К термомеханическому классу относятся: контактная, экструзионная, кузнечная и др.

2.Классификация по степени автоматизации и механизации : дуговая сварка бывает ручная, механизированная (полуавтоматическая), автоматизированная, автоматическая.

3.Классификация по технологическим признакам : контактная сварка бывает стыковая, точечная, шовная.

4.Классификация по степени защиты металла в зоне сварки: сварка в защитном газе, в вакууме, под флюсом, по флюсу.

28. Мероприятия по снижению остаточных сварочных напряжений и деформаций.

Остаточными напряжениями называются внутренние напряжения сварочных конструкций, которые возникают после остывания.

Остаточные деформации – деформации, которые возникают после остывания.

Причинами возникновения остаточных деформаций и напряжений являются неравномерная усадка соединяемых деталей при остывании.

Мероприятия по снижению напряжений и деформаций:

высокий отпуск – нагрев конструкции до температуры 300-350С и медленное остывание. Это самый эффективный способ, позволяет снизить до 80% напряжений и деформаций.

Местный отпуск – нагрев до 200-250С зоны сварного соединения и медленное остывание.

Термическая правка – нагрев деформируемого участка до 200-250С и механический воздействие.

Создание предварительных деформаций, обратных ожидаемым.

Использование минимальных катетов и толщин швов.

Регулирование погонной энергии сварки

Создание припусков увеличенных размеров заготовок на величину ожидаемой деформации

Рациональная технология сборки и сварки

Сварка тонколистовой конструкции на жесткие каркасы.

29. Дефекты сварных швов и причины их возникновения.

Дефекты бывают явные и скрытые, значительные и малозначительные, устранимые и неустранимые.

Дефектом называется каждое отдельное несоответствие параметров шва нормативным требованиям.

Виды дефектов :

Нарушение формы шва: завышенная толщина, чрезмерная выпуклость угловых швов, чрезмерная вогнутость, заниженная толщина. Причины : низкая квалификация сварщика, нарушение скорости сварки, неправильная подача электрода.

Подрез – углубление на границе между металлом шва и основным металлом. Приводит к концентрации напряжений. Причины : неправильное ведение электрода, большая сила тока.

Непровар – отсутствие сплошного соединения между металлом шва и основным металлом. Т.е. жидкий металл затекает в зазор между деталями, а основной металл не расплавляется. Причины : не достаточная глубина оплавления, слабая сила тока, быстрое ведение электрода, низкая квалификация сварщика.

Наплывы – натекание жидкого металла на основной металл или ранее выполненный валик шва. Причины : замедленное движение электродом, избыточное количество наплавленного металла.

Прожог – местное сквозное отверстие в соединении. Причины : большая сила тока, большой диаметр электрода.

Пережог – окисление металла шва и околошовной зоны. Причины : большая сила тока, большая длина дуги.

Трещины холодные и горячие. Холодные трещины возникают после полного остывания. Горячие – в процессе остывания. Причины : закалочные явления, малый температурный интервал хрупкости, снижение способности к пластическому деформированию.

Пористость – наличие газовых пузырей внутри металла шва и шероховатости на поверхности. Нарушается герметичность швов. Причины : наличие влаги на металле и на электродах.

Шлаковые включения – остатки частиц тугоплавкого защитного покрытия электродов и окислов в металле шва. Снижает прочность шва.

Общие причины дефектов: низкая квалификация сварщика, нарушение технологии сварки, плохое качество сварочных материалов.

РАЗДЕЛ 4. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Конструкциях

Правила использования профилей в строительных

1. При проектировании строительных стальных конструкций следует компоновать каждый элемент и весь объект в целом из минимально необходимого числа различных профилей.

2. Применяемые в одном отправочном элементе уголки, тавры, полосы одного номинального размера, но разной толщины должны иметь разность толщин одноименных профилей не менее 2 мм.

3. Не допускается применять в одном отправочном элементе одинаковые профилеразмеры из разных марок сталей.

4. Применение в одном объекте профилированных листов одной номинальной высоты, но разной толщины не допускается.

Сварные соединения являются основным видом соединений в строительных конструкциях. При проектировании конструкций со сварными соединениями следует предусмотреть применение высокопроизводительных эффективных видов сварки, обеспечивающих повышение надежности сварных соединений и производительности труда.

Сваркой металлов называют технологической процесс образования неразъемного соединения деталей конструкции путем местного сплавления или совместного пластического деформирования в области соединения этих деталей, сопровождающегося диффузией атомов. В результате сварки возникает прочное сцепление, основанное на межатомном взаимодействии в примыкающих участках деталей.

Сварка позволяет получить простую конструктивную форму соединения, дает экономию металла по сравнению с другими видами соединений (например, болтовыми), позволяет применять высокопроизводительные механизированные способы изготовления. Сварные соединения обладают свойством газо- и водонепроницаемости, что важно для листовых конструкций, предназначенных для хранения газов или жидкостей (резервуары, газгольдеры, трубопроводы).

Однако при проектировании сварных конструкций следует помнить, что процесс сварки, являясь мощным энергетическим процессом, вносит изменения в свойства исходного металла. В сварном соединении образуются зоны с различным химическим составом металла, различной структуры, различными механическими свойствами. Возможные дефекты сварных соединений (поры, подрезы и др.) также создают неоднородность соединения.

Все эти обстоятельства учитываются при проектировании конструкций путем применения сварочных материалов в соответствии со свойствами основного материала и условиями работы (температура окружающей среды при изготовлении и эксплуатации, вид напряжения – статические нагрузки или циклические и т.п.), выбор режима сварки, а также назначения специальных коэффициентов сварного соединения.

В настоящее время внедряются такие процессы, как электронно-лучевая, плазменная, лазерная и другие виды сварки. Пластичность используемых в строительстве материалов, размеры элементов конструкций и характер внешних воздействий на конструкции позволяют использовать в основном в строительстве электродуговую сварку, реже газовую и контактную.

Длинномерные швы в конструкциях (поясные швы балок, колонн и др.) выполняются в заводских условиях автоматической сваркой под флюсом. Флюс защищает изделие от вредного воздействия окружающей среды на металл соединения. При этом механизированы два рабочих движения: подача

электродной проволоки и относительное перемещение дуги и изделия. К недостаткам автоматической сварки можно отнести затруднительность выполнения швов в вертикальном и потолочном положении, что ограничивает ее применение на монтаже.

Короткие швы (приварка ребер, сварка узлов в решетчатых конструкциях) выполняют полуавтоматической сваркой. При этом автоматически подается сварочная электродная проволока, а передвижение дуги по изделию производится вручную. Полуавтоматическую сварку стальных конструкций чаще выполняют в среде защитного газа (углекислый газ). Реже применяют сварку порошковой проволокой.

В ряде случаев используют ручную сварку качественными электродами, т.е. с качественным покрытием (толстым покрытием). При ручной дуговой сварке оба главных рабочих движения – подача электродной проволоки и передвижения дуги по изделию – выполняются вручную.

Ручная электродуговая сварка универсальна и широко распространена, так как может выполняться в любом положении. К недостаткам ручной сварки относятся меньшая глубина проплавления основного металла, меньшая производительность процесса из-за относительно низкой величины применяемого сварного тока, а также меньшая стабильность ручного процесса по сравнению с автоматической сваркой под флюсом.

Электрошлаковая сварка - разновидность сварки плавлением; этот тип сварки удобен для вертикальных стыковых швов металла толщиной от 20 мм и более. Процесс сварки ведется голой электродной проволокой под слоем расплавленного шлака, сварочная ванна защищена с боков медными формирующими шов ползунами, охлаждаемыми проточной водой. Качество шва получается очень высокое.

Ванная сварка – разновидность электрошлаковой, применяется в некоторых случаях при сварке арматуры большой толщины в железобетонных конструкциях.

В настоящее время внедряются такие процессы, как электронно-лучевая, плазменная, лазерная и другие виды сварки. Пластичность используемых в строительстве материалов, размеры элементов конструкций и характер внешних воздействий на конструкции позволяют использовать в основном в строительстве электродуговую сварку, реже газовую и контактную.

Длинномерные швы в конструкциях (поясные швы балок, колонн и др.) выполняются в заводских условиях автоматической сваркой под флюсом. Флюс защищает изделие от вредного воздействия окружающей среды на металл соединения. При этом механизированы два рабочих движения: подача

электродной проволоки и относительное перемещение дуги и изделия. К недостаткам автоматической сварки можно отнести затруднительность выполнения швов в вертикальном и потолочном положении, что ограничивает ее применение на монтаже.

Короткие швы (приварка ребер, сварка узлов в решетчатых конструкциях) выполняют полуавтоматической сваркой. При этом автоматически подается сварочная электродная проволока, а передвижение дуги по изделию производится вручную. Полуавтоматическую сварку стальных конструкций чаще выполняют в среде защитного газа (углекислый газ). Реже применяют сварку порошковой проволокой.

В ряде случаев используют ручную сварку качественными электродами, т.е. с качественным покрытием (толстым покрытием). При ручной дуговой сварке оба главных рабочих движения – подача электродной проволоки и передвижения дуги по изделию – выполняются вручную.

Ручная электродуговая сварка универсальна и широко распространена, так как может выполняться в любом положении. К недостаткам ручной сварки относятся меньшая глубина проплавления основного металла, меньшая производительность процесса из-за относительно низкой величины применяемого сварного тока, а также меньшая стабильность ручного процесса по сравнению с автоматической сваркой под флюсом.

Электрошлаковая сварка - разновидность сварки плавлением; этот тип сварки удобен для вертикальных стыковых швов металла толщиной от 20 мм и более. Процесс сварки ведется голой электродной проволокой под слоем расплавленного шлака, сварочная ванна защищена с боков медными формирующими шов ползунами, охлаждаемыми проточной водой. Качество шва получается очень высокое.

Ванная сварка – разновидность электрошлаковой, применяется в некоторых случаях при сварке арматуры большой толщины в железобетонных конструкциях.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Основы металлических конструкций

Основы металлических конструкций.. учебное пособие.. для студентов специальности..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Изгибаемого элемента
по высоте балки в упругой стадии будет существенно отличаться от предыдущего случая, а при дальнейшем увеличении нагрузки вплоть до появления пластического шарнира (Ơпр = Ơ

Основы расчета центрально сжатых стержней
Исчерпание несущей способности длинных гибких стержней, работающих на осевое сжатие, происходит от потери устойчивости (рис.2.4,а). Поведение стержня под нагрузкой х

Характеристика основных профилей сортамента
Первичным элементом стальных конструкций является прокатная сталь, которая выплавляется на металлургических заводах. Прокатная сталь, применяемая в стальных конструкциях, делится на две группы:

Листовая сталь
Листовая сталь широко применяется в строительстве, поставляется в пакетах, рулонах и классифицируется следующим образом. Сталь толстолистовая (ГОСТ 19903- 74). Сор

Двутавры
Двутавры – основной балочный профиль – имеют наибольшее разнообразие по типам (см. рис. 3.1,г-ж), которые соответствуют определенным областям применения.

Холодногнутые профили
Гнутые профилиизготовляются из листа, ленты или полосы толщиной от 1 до 8 мм и могут иметь самую разнообразную форму (рис. 3.3). Наиболее употребительны уголки равнополочные (ГОСТ

Различные профили и изделия из металла, применяемые в строительстве
В сравнительно меньшем объеме применяются в металлических конструкциях профили других конфигураций и стальные материалы разного назначения (стальные канаты и высокопрочная проволока): двутавровые п

Профили из алюминиевых сплавов
Строительные профили из алюминиевых сплавов (рис.3.4), получают прокаткой, прессованием или литьем. Листы, ленты и плиты прокатываются в горячем или холодном состояниях. Листы прока

Конструкциях
1. При проектировании строительных стальных конструкций следует компоновать каждый элемент и весь объект в целом из минимально необходимого числа различных профилей. 2. Применяемые в одном

Виды сварных швов и соединений
Сварным швом (в дуговой сварке) называется конструктивный элемент сварного соединения на линии перемещения источника сварочного нагрева (дуги), образованный затвердевшим после расп

Или с подваркой корня)
Соединение Шов Эскиз Значение

Конструирование и работа сварных соединений
При проектировании сварных соединений необходимо учитывать их неоднородность, определяемую концентрацией напряжений, изменением механических характеристик металла и наличием остаточного и напряженн

Расчет сварных соединений
При расчете сварных соединений необходимо учитывать вид соединения, способ сварки (автоматическая, полуавтоматическая, ручная) и сварочные материалы, соответствующие основному матер

Материалы для сварных соединений стальных конструкций
Сталь Материал Нормативное сопротивле- ние металла шва

Пояса ферм работают на продольные усилия и момент (аналогично поясам
сплошных балок); решетка ферм воспринимает в основном поперечную силу, выполняя функции стенки балки. Знак усилия (минус – сжатие, плюс – растяжение) в элементах решетки ферм с параллельны

Компоновка конструкций ферм
Выбор статической схемы и очертания фермы – первый этап проектирования конструкций, зависящий от назначения и архитектурно – конструктивного решения сооружения и пр

Типы сечений стержней ферм
Наиболее распространенные типы сечений элементов легких ферм, показаны на рис.9.10. По расходу стали наиболее эффективным является трубчатое сечение (рис.9.10,а). Тр

Расчет ферм
Определение расчетной нагрузки.Вся нагрузка, действующая на ферму прикладывается обычно в узлах фермы, к которым прикрепляются элементы поперечной конструкции (прогоны кро

Определение усилий в стержнях ферм
При расчете ферм со стержнями из уголков или тавров предполагается, что в узлах системы – идеальные шарниры, оси всех стержней прямолинейны, расположены в одной плоскости и пересекаются в центрах у

Определение расчетной длины стержней
В момент потери устойчивости сжатый стержень выпучивается, поворачивается вокруг центров соответствующих узлов и вследствие жесткости фасонок заставляет поворачиваться и изгибаться

Предельные гибкости стержней
Элементы конструкций должны проектироваться из жестких стержней. Особенно существенное значение имеет гибкость “

Подбор сечений элементов ферм
В фермах из прокатных и гнутых профилей для удобства комплектования металла принимают не более 5-6 калибров профилей. Из условия обеспечения качества сварки и повышения коррозионной стойко

Подбор сечений сжатых элементов
Предельное состояние сжатых элементов ферм определяется их устойчивостью, поэтому проверка несущей способности элементов выполняется по формуле

Подбор сечения растянутых элементов
Предельное состояние растянутых элементов определяется их разрывом, где

Подбор сечения стержней по предельной гибкости
Ряд стержней легких ферм имеет незначительные усилия и, следовательно, небольшие напряжения. Сечения этих стержней подбирают по предельной гибкости (см. п.9.4.4). К таким стержням обычно относятся

Тяжелых ферм
Стержни тяжелых ферм проектируются, как правило, составного сечения – сплошного или сквозного (см. рис.9.11). Если высота сечения превысит

Конструкция легких ферм
Общие требования к конструированию. Чтобы избежать дополнительных напряжений от расцентровки осей стержней в узлах, их необходимо центрировать в узлах по осям, проходящим через цен

Фермы из одиночных уголков
В легких сварных фермах из одиночных уголков узлы можно проектировать без фасонок, приваривая стержни непосредственно к полке поясного уголка угловыми швами (рис.9.16). Уголки следует прикреплять о

Фермы из парных уголков
В фермах из парных уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасонках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швам (рис.9.17). Усилие в элементе ра

Ферма с поясами из широкополочных тавров
с параллельными гранями полок Тавры с параллельными гранями полок получают путем продольного роспуска широкополочных двутавров. Тавры применяют в поясах ферм; решетка выполняется из спарен

Фермы из труб
В трубчатых фермах рациональны безфасоночные узлы с непосредственным примыканием стержней решетки к поясам (рис.9.22,а). Узловые сопряжения должны обеспечивать герметизацию в

Фермы из гнутых профилей
Фермы из гнутых сварных замкнутых профилей (ГСП) проектируют с бесфасоночными узлами (рис.9.25). Для упрощения конструкции узлов следует принимать треугольную решетку без дополнительных стоек, при

Оформление рабочего чертежа легких ферм (КМД)
На деталировочном (рабочем) чертеже показывают фасад отправочного элемента, планы верхнего и нижнего поясов, вид сбоку и разрезы. Узлы и сечения стержней чертят в масштабе 1

Предварительно напряженные фермы
В фермах предварительное напряжение осуществляется затяжками, в неразрезных фермах – смещением опор. В разрезных фермах затяжки выполняются из высокопрочных материалов (стальных канатов, пучков