Билеты ГЭ

Алюминиевые сплавы, их классификация, область применения
Алюминиевые сплавы используют в сварных конструкциях различного назначения. Основными достоинствами их как конструкционных материалов являются: высокая удельная прочность, малая плотность, хорошая стойкость против коррозии, высокая технологичность. Именно данные свойства обуславливают широкое применение алюминиевых сплавов авиационной и космической промышленности, где масса конструкции имеет первостепенное значение.
Чистый алюминий ввиду своей низкой прочности почти не применяется как конструкционный металл. Холодная пластическая деформация заметно повышает прочность, но снижает пластичность металла. Нагартовка листов технического алюминия повышает его предел прочности от 80 до 147-176 МПа. При этом относительное удлинение снижается до 1-2 %. Упрочнение, достигнутое в результате нагартовки, сохраняется при нагреве до температур ниже температуры рекристаллизации (примерно 400°С). Поэтому при проектировании сварных конструкций следует ориентироваться на не нагартованный металл.
Основное значение как конструкционный металл имеют полуфабрикаты из алюминиевых сплавов (листы, профили, трубы и пр.). Легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются марганец, медь, цинк, магний, кремний, в качестве модифицирующих добавок используют титан, цирконий, бор.
По способам получения алюминий и его сплавы обычно делят на две группы: деформируемые (к ним относится и технический алюминий) и литейные.
Деформируемые сплавы разделяются на термически не упрочняемые - твердые растворы, имеющие концентрацию легирующих элементов ниже предела растворимости при комнатной температуре, и термически упрочняемые - сплавы, имеющие концентрацию легирующих элементов сверх этого предела.
Алюминий и его сплавы обладают специфическими свойствами, обусловливающими сравнительную сложность осуществления процесса их сварки. К таким свойствам относятся:
высокая степень сродства к кислороду и образование прочного оксида А12Оз в виде плёнки, покрывающей поверхность металла;
значительное превышение температуры плавления оксидной плёнки (2050°С) над температурой плавления алюминия (~660°С);
высокая способность алюминия растворять водород;
склонность к порообразованию;
высокая теплопроводность;
высокий коэффициент линейного расширения;
большая жидкотекучесть;
резкий переход из твёрдого состояния в жидкое при нагреве;
склонность многих сплавов к образованию горячих и холодных трещин.
Алюминиевые сплавы используют в сварных конструкциях различного назначения. Основными достоинствами их как конструкционных материалов.



Какие способы резки и оборудование применяют при получении заготовок
Механические способы:Резка на ножницах. Процесс основан на упругопластической деформации и скалывании металла. Под давлением ножа разрезаемый материал заводят между нижним и верхним ножами ножниц. Под давлением верхнего ножа вначале происходит вдавливание ножей в металл на глубину 0,20,4 толщины, а затем скалывание металла по поверхности между остриями режущих кромок.
В производстве сварных конструкций применяются следующие виды ножниц: листовые с наклонным ножом, высечные, двухдисковые с ноклонными ножами, однодисковые с наклонным ножом, многодисковые, ножницы для резки уголка, швеллеров и двутавров, пресс-ножницы комбинированные, сортовые и ручные механизированные. Большинство ножниц предназначено для прямолинейной резки. Фигурная резка может производиться на ножницах высечных, двухдисковых с наклонными ножами и ручных механизированных. Для поперечной резки фасонного и сортового материала применяются пресс-ножницы комбинированные, ножницы комбинированные, ножницы для резки уголка, швеллеров и двутавров, ножницы сортовые.
Отрезные станки. Применение для резки труб, фасонного и сортового материала, на отрезных станках можно резать материал большего сечения, чем на ножницах, и качество резки более высокое, однако трудоемкость резки на отрезных станках значительно выше, чем при резке на ножницах. Поэтому отрезные станки применяются для резки профилей, которые невозможно резать на ножницах, например под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность резки. В производстве деталей сварных конструкций применяются отрезные станки с дисковыми пилами, труборезные станки, а также станки с шлифовальными отрезными кругами.
Термическая резка: Применяется для листового материала средних и больших толщин и труб большого диаметра. С помощью термической резки может производиться как прямолинейная, так и фигурная резка металла толщиной до 300 мм и более.
Основными видами термической резки является кислородная и плазменно-дуговая резка. Процесс кислородной резки основан на сгорании металла в среде кислорода и удалении этой средой образующихся жидких окислов.
Плазменно-дуговая резка основана на плавлении металла в зоне реза электрической дугой и образующейся в ней струи плазмы рабочего газа. Рабочим газом при плазменно-дуговой резке являются аргон, азот, смеси аргона и азота с водородом, кислород в смеси с азотом, сжатым воздух.
Возможно применение также лазерной резки – данный способ обеспечивает наиболее высокую точность и качество резки.
Какими способами можно обеспечить точность установки деталей при сборке узла под сварку
Для изготовления сварных конструкций требуется правильная сборка деталей, то есть их правильная взаимная установка и закрепление. Сборка может осуществляться прихватками или в специальных сборочно-сварочных приспособлениях. Прихватки представляют собой короткие швы. Количество прихваток и их размер определяются технологическими условиями.
Размещение свариваемых деталей в приспособлении ocуществляется по правилам базирования. Базирование - это разметка детали в приспособлении таким образом, чтобы поверхности детали (технологические базы) опирались на установочные поверхности приспособления. Основные схемы базирования деталей:
Призматическая деталь должна базироваться на три базы в трехмерной системе координат. На установочной плоскости деталь фиксируется в трех точках. На направляющей плоскости деталь фиксируется по двум точкам. На опорной плоскости деталь фиксируется в одной точке. Таким образом, если зафиксировать деталь во всех шести точках, то она будет находиться в строго определенном положении.
Цилиндрические детали обычно базируют по призме. Деталь лишена возможности перемещаться во всех направлениях за исключением вращения вокруг продольной оси. Если зафиксировать цилиндрическую деталь от возможности вращения вокруг оси, то она будет находиться также в строго определенном положении.
Детали с цилиндрическими отверстиями базируются, как правило, по пальцам - фиксаторам приспособления, которые входят в это отверстие. Первой базой определяется установочная плоскость основания детали. Второй базой обычно является плоскость детали, перпендикулярная оси отверстия.
Установочные элементы - упоры - применяются для обеспечения точности установки деталей сварного узла в сборочных приспособлениях. Конструкция упоров должна обеспечить возможность удобной установки деталей в приспособление и не мешать съему изделия после сварки. Место установки упоров должно быть определено так, чтобы обеспечить доступность [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Прочность и жесткость упоров должны предотвращать деформацию изделий в процессе сварки.
Зажимные элементы, к которым относятся прижимы и зажимы, предназначены для закрепления деталей свариваемого изделия в процессе сборки и сварки. Прижимы и зажимы обеспечивают правильное положение, и направление прижимного усилия для закрепления деталей без сдвигов относительно установи баз.
Переносные сборочные приспособления применяют при сборке сварных узлов в том случае, когда невозможно применить для этих целей типовые приспособления. К ним относятся струбцины, стяжки, специальные фиксаторы, распорки, домкраты.
Для сварки крупногабаритных листовых конструкций применяются различные кондукторы, стенды, кантователи, установки. Эти приспособления обеспечивают фиксирование деталей в положении, удобном для выполнения сварки.
Контроль собранных под сварку изделий осуществляется в основном по сопрягаемым и габаритным размерам. Проверку размеров осуществляют металлическими рулетками, линейками или шаблонами. Контроль изделий после сварки осуществляют по техническим условиям на свариваемое изделие, в котором указаны требования к качеству сварных швов и их размерам.
Классификация сварных соединений и швов
По типам сварные соединения различают на стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные. Тип соединения определяет конструктивная особенность изготавливаемой сборочной единицы, геометрические размеры свариваемых кромок и характер разделки или подготовки кромок выбираются согласно действующему стандарту на данный вид сварки.
В отдельных случаях могут быть применены нестандартные соединения в какой-либо конструкции. При этом обязательно на чертеже показывается сварное соединение со всеми необходимыми размерами.
Сварные швы в зависимости от пространственного положения подразделяются на: нижние (сварка в нижнем положении); наклонные (деталь наклоняется по отношению к горизонтальной плоскости); потолочные; вертикальные.
Существуют классификации сварных швов по различным признакам: по протяженности (двусторонние непрерывные; односторонние прерывистые; двусторонние цепные; двусторонние шахматные), по внешнему виду (выпуклые, нормальные, вогнутые), по выполнению (односторонние, двусторонние), по направлению действия рабочего усилия относительно швов (продольные, поперечные, комбинированные, косые), по числу слоев и проходов.


























Назовите и опишите признаки каждой из схем нагреваемого тела в теории распространения тепла при сварке
Бесконечное тело. Если границы тела не влияют на распространение теплоты, его можно заменить бесконечным телом, у которого имеется неограниченная протяженность по всем трем направлениям х, у, z.
Полубесконечное тело. Этой схеме соответствует массивное тело с одной ограничивающей плоскостью z = 0. Остальные поверхности находятся на значительном удалении и не влияют на распространение теплоты.
Бесконечная пластина представляет собой тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями z=0 и z=(. При использовании этой схемы всегда предполагают, что температура по толщине листа равномерна, а теплота может распространяться только в плоскости с координатными осями х и у..
Полубесконечная пластина представляет собой тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями z = 0 , z = ( и плоскостью у = 0. Остальные условия те же, что и у бесконечной пластины.
Плоский слой представляет собой пластину, у которой температура точек тела по толщине не является равномерной. Эту схему применяют в тех случаях, когда толщина тела не настолько велика, чтобы можно было пренебречь влиянием ограничивающей плоскости z = ( и считать тело полубесконечным.
Бесконечный и полубесконечный стержни представляют собой тела с прямолинейной или криволинейной осью, когда температура равномерна в пределах поперечного, сечения стержня.
Помимо названных схем, в практике расчетов используются также и другие простейшие схемы, например сплошной цилиндр, тонкостенный цилиндр. В приведенных схемах тел могут использоваться как декартовы, так и цилиндрические или полярные координаты.


















Сварочная дуга, преобразователь электроэнергии в тепловую. Классификация дуг по схеме включения, материалу электродов, роду тока, среды
Электрическая дуга - длительный электрический разряд в газах при нормальном атмосферном давлении. В обычных условиях и газы, и воздух, состоящий из кислорода и азота, не проводят электрический ток. Чтобы воздух стал проводником электрического тока, необходимо его ионизировать в промежутке между электродами.
При обычных условиях в воздушном промежутке очень мало ионов и электронов, поэтому он и является непроводником. Чтобы сделать воздух проводником, существует несколько способов. Однако при сварке в большинстве случаев ионизация происходит за счет очень сильного разогрева воздуха. При соприкосновении двух металлических электродов, присоединенных к источнику тока, в месте контакта происходит интенсивное выделение тепла, при этом нагреваются как концы электродов, так и окружающий воздух.
Известно, что с повышением температуры увеличивается скорость движения свободных электронов, которые всегда имеются в металле. Наконец, скорость их достигает такой величины, что они вылетают в воздушный промежуток. Встречая здесь на своем пути молекулы и атомы воздуха, они расщепляют их, выбивая из них электроны. Эти атомы превращаются в ионы и свободные электроны. Промежуток ионизировался. Если теперь развести электроны на небольшое расстояние, то движение этих заряженных частиц упорядочится: положительные будут двигаться к катоду, отрицательные – к аноду. В момент зажигания дуги воздушный промежуток еще мало ионизирован, поэтому для усиления ионизации требуется повышенное напряжение. В дальнейшем для поддержания и горения дуги требуется уже более низкое напряжение.
В дуге различают три области: катодную, анодную и столб дуги. Катодная область расположена в непосредственной близости от катода. В этой области происходит выход электронов из металла электрода. В анодной области, которая находится вблизи анода, электроны, движущиеся от катода, попадают на анод.
В столбе дуги происходит ионизация газов и движение электрических зарядов. Напряжение, которое необходимо для поддержания дуги, зависит от материала электрода, длины дуги и рода газа, в котором горит дуга.
По схеме включения различают: дуга прямого действия (электрод- деталь); дуга косвенного действия (электрод-электрод);
По материалу электродов: плавящийся; не плавящийся (вольфрам, графит, угольный);
По роду тока: постоянный; переменный (однофазная, трехфазная);
По среде







Задачи автоматического управления процессом сварки
Необходимость автоматизации сварочных процессов определяется, прежде всего, такими их характерными особенностями, как высокие энергетические параметры, скоротечность отдельных этапов энергетических преобразований и процесса формирования сварного соединения, труднодоступность зоны сварки для непосредственного измерения и контроля, повышенный уровень вредных воздействий на здоровье человека и необходимость оперативной оптимизации сварочных процессов в соответствии с выбранным критерием.
В общем объеме операций по производству сварных конструкций на процесс сварки обычно приходится 15...20%, однако он определяет свойства и эксплуатационную надежность конструкций. Большое количество параметров, влияющих на ход сварочных процессов, и высокие скорости их изменения требуют для управления ими обработки значительного объема информации в единицу времени, поэтому автоматизация оказывается обязательным условием успешного и качественного выполнения сварочных процессов. Невозможность поддержания непрерывной вольтовой дуги при сварке плавящимся электродом обусловила создание автоматического регулятора [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], что и обеспечило реальную возможность промышленного применения дуговой сварки плавящимся электродом.
Цель автоматизации сварочных процессов - получение сварных соединений с требуемыми свойствами при наилучших технико-экономических показателях без непосредственного участия человека. Автоматизация сварочных процессов, при которой повышается точность управления и контроля, а также исключается влияние на технологический процесс субъективных факторов (мастерство рабочего, его утомляемость и т. п.), направлена прежде всего на повышение качества сварных соединений и его стабилизацию в пределах партии однотипных изделий. Исключение или сведение к минимуму количества недопустимых дефектов сварных швов снижает потери рабочего времени, энергетических и материальных ресурсов, связанные с исправлением брака.
Автоматизация сварочных процессов сопровождается реальным повышением производительности труда и экономией трудовых ресурсов.
Социальный аспект автоматизации предполагает освобождение человека от непосредственного выполнения сварочных операций и управления сварочным оборудованием прежде всего в условиях вредных, либо опасных для здоровья, а также при выполнении рутинных операций нетворческого характера. Автоматизация сопровождается созданием новых средств производства, которые в свою очередь служат основой разработки и применения прогрессивных технологий сварки.









Способы механической резки листового и профильного проката
Резка на ножницах. Процесс основан на упругопластической деформации и скалывании металла. Под давлением ножа разрезаемый материал заводят между нижним и верхним ножами ножниц. Под давлением верхнего ножа вначале происходит вдавливание ножей в металл на глубину 0,20,4 толщины, а затем скалывание металла по поверхности между остриями режущих кромок.
В производстве сварных конструкций применяются следующие виды ножниц: листовые с наклонным ножом, высечные, двухдисковые с ноклонными ножами, однодисковые с наклонным ножом, многодисковые, ножницы для резки уголка, швеллеров и двутавров, пресс-ножницы комбинированные, сортовые и ручные механизированные. Большинство ножниц предназначено для прямолинейной резки. Фигурная резка может производиться на ножницах высечных, двухдисковых с наклонными ножами и ручных механизированных. Для поперечной резки фасонного и сортового материала применяются пресс-ножницы комбинированные, ножницы комбинированные, ножницы для резки уголка, швеллеров и двутавров, ножницы сортовые.
Отрезные станки.
Применение для резки труб, фасонного и сортового материала, на отрезных станках можно резать материал большего сечения, чем на ножницах, и качество резки более высокое, однако трудоемкость резки на отрезных станках значительно выше, чем при резке на ножницах. Поэтому отрезные станки применяются для резки профилей, которые невозможно резать на ножницах, например под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность резки. В производстве деталей сварных конструкций применяются отрезные станки с дисковыми пилами, труборезные станки, а также станки с шлифовальными отрезными кругами.



















Способы снижения деформаций на стадии разработки технологического процесса и в процессе сварки
На стадии разработки проекта нужно принимать такие конструктивные решения, которые позволили бы в дальнейшем технологу (при разработке технологии сборки и сварки) избежать значительных искажений формы сварной конструкции.
Назначают минимальную протяженность и минимальный катет сварных швов. Это уменьшит тепловложение в изделие, и, следовательно, его деформации. Усадочная сила и поперечная усадка обратно пропорциональны квадрату катета шва.
Используют способы сварки с минимальным тепловложением, например, контактную вместо дуговой. При назначении способа сварки следует иметь ввиду допустимые скорости охлаждения металла и не превышать их.
Балочные конструкции проектируют с таким поперечным сечением и расположением швов, чтобы моменты, создаваемые усадочными силами, были уравновешены, а углы излома от поперечных швов компенсировали прогибы. Это обеспечивает минимальный изгиб балок.
Оптимизируют последовательность сборочно-сварочных операций.
В тонколистовых конструкциях для предотвращения потери устойчивости следует располагать швы на жестких элементах или вблизи их. Замена стыкового соединения на соединение с отбортовкой кромок, применение гофрированных листов.
В некоторых случаях целесообразно обеспечить свободное сокращение элементов от усадки, чтобы не вызвать искажение конструкции в целом. Например, нахлесточное еще не сваренное соединение позволяет смещаться листам, не передавая остальной части конструкции усадку. Стыковое соединение листов выполняется до прикрепления их к другим частям конструкции.
Во всех случаях, когда есть опасение, что возникнут нежелательные искажения размеров и формы конструкции, проектирование ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки.
Разрабатывают и применяют соответствующую оснастку и приспособления для сборки и закрепления свариваемых элементов. Они особенно эффективны для ликвидации временных перемещений, которые значительны по величине, но не сопровождаются большими усадочными силами.
Закрепление изделий перед сваркой в приспособлениях широко используют для придания им положения обеспечивающего компенсацию перемещений, возникающих в процессе сварки и последующего охлаждения.
Иногда при изготовлении двутавровых балок, тонколистовых конструкций, тонкостенных оболочек применяют способ предварительного растяжения зоны сварного соединения. Напряжения растяжения при этом создаются в направлении продольной оси стыковых и тавровых соединений, напряженное состояние сохраняется в процессе сварки с помощью приспособлений. При сварке по металлу с растягивающими напряжениями уменьшается как ширина зоны, так и величина пластических деформаций укорочения на стадии нагрева. Это приводит к уменьшению усадочной силы и остаточных сварочных деформаций.
11. В процессе сварки можно снижать деформации за счет регулирования теплового воздействия источника тепла. Этого можно добиться за счет искусственного охлаждения металла в процессе сварки.
Параметры режима диффузионной сварки
Диффузионная сварка в твердом состоянии - способ получения монолитного соединения, образовавшегося вследствие возникновения связей на атомном уровне, появившихся в результате максимального сближения контактных поверхностей за счет локальной пластической деформации при повышенной температуре, обеспечивающей взаимную диффузию в поверхностных слоях соединяемых материалов.
Отличительной особенностью диффузионной сварки от других способов сварки давлением является применение относительно высоких температур нагрева (0,5-0,7 Тпл) и сравнительно низких удельных сжимающих давлений (0,5-0 МПа) при изотермической выдержке от нескольких минут до нескольких часов.
К основным параметрам режима диффузионной сварки относится: Сварочное давление, Температура сварки (выдержки), Время сварки (выдержки), Защитная среда (инертный газ, вакуум).
































Параметры, характеризующие форму разделки кромок
Сварные швы характеризуются следующими параметрами: шириной, высотой усиления, величиной притупления, углом разделки, величиной зазора и катетом в тавровых соединениях.
Угол скоса кромки обеспечивает определенную величину угла разделки кромок, что необходимо для доступа дуги в глубь соединения и полного проплавления кромок на всю их толщину. Стандартный угол разделки кромок в зависимости от способа варки и типа соединения изменяется в пределах от 60 ± 5 до 20 ± 5 градусов.
Притупление с обычно составляет 2 ± 1 мм. Его назначение - обеспечить правильное формирование и предотвратить прожоги в вершине шва. Зазор b обычно равен 1,5-2 мм, так как при принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для провара вершины шва, но в отдельных случаях при той или иной технологии зазор может быть равным нулю или достигать 8-10 мм и более.
Для всех типов швов важны полный провар кромок соединяемых элементов и внешняя форма шва как с лицевой стороны (так называемое усиление шва), так и с обратной стороны, т. е. форма так называемого обратного валика. В стыковых, особенно односторонних швах трудно проваривать кромки притупления на всю их толщину без специальных приемов, предупреждающих прожог и обеспечивающих хорошее формирование обратного валика.


























На поверхность массивного тела наплавляют валик. Определить ширину зоны, нагревшейся выше 600 °С, при которой углеродистая сталь в значительной мере теряет упругие свойства. Режим: I=400 А, U= 25 В, V=9 м/ч (
·=0,6). Теплофизические свойства: а=0,08 см2/с; с
·=4,9 Дж/см3·град.
Ширина зоны нагрева для источника на поверхности массивного тела определяется по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415
Мощность источника теплоты
q = U·I·
· = 400 · 25 · 0,6 = 6000 Вт
Скорость источника
· = 9 м/ч = 0,25 см/с.
13 EMBED Equation.3 1415 см.






























Классификация источников питания по основным признакам
1. По количеству фаз питания источники могут быть:
- однофазные (напряжение питающей сети 220 Вольт);
- двухфазные (напряжение питающей сети 380 Вольт);
- трехфазные (напряжение питающей сети 380 Вольт).
2. По роду тока все источники питания делятся на:
- источники питания переменного тока (трансформаторы);
- источники питания постоянного тока (выпрямители, генераторы, преобразователи, агрегаты).
3. По способу получения энергии источники питания могут быть:
- зависимые – источники, получающие энергию от стационарной электрической сети;
- независимые – источники, получающие энергию от двигателя внутреннего сгорания.
4. По назначению источники питания могут быть предназначены:
- для ручной дуговой сварки;
- для полуавтоматической механизированной сварки;
- для автоматической механизированной сварки;
- для электрошлаковой сварки.
5. По применению бывают:
- специализированные источники питания – применяются для сварки специальных материалов и толщин материалов;
- общепромышленные источники питания – могут использоваться как в строительстве, так и машиностроении и авиастроении.
6. По количеству обслуживаемых постов существуют источники питания:
- однопостовые – рассчитаны на обслуживание одного сварочного поста;
- многопостовые – могут обслуживать от одного до двенадцати постов.
7. По магнитным полям рассеяния могут быть:
- источники питания с нормальными магнитными полями рассеяния;
- источники питания с искусственно увеличенными магнитными полями рассеяния.














Особенности автоматизации процесса сварки плавлением.
Существует ряд особенностей автоматизации электродуговой сварки, отличающих ее от автоматизации других технологических процессов в металлообрабатывающей промышленности.
Первая особенность связана с точностью обработки, в частности, с точностью рабочих движений инструмента и размеров обрабатываемых изделий. В сварочном производстве по сравнению с обработкой металлов резанием требуется гораздо меньшая точность стабилизации и регулирования параметров режима обработки. Излишняя точность системы сопровождается излишней сложностью оборудования и сложностью его эксплуатации.
И так, первая особенность автоматизации заключается в сравнительно невысоких требованиях, предъявляемых к точности сварочного технологического процесса. Эта особенность в общем случае облегчает задачу автоматизации.
Вторая особенность связана с тем, что точность изготовления заготовок (деталей) и точность их сборки под сваркой часто выходит за пределы допустимые для автоматической сварки. Повышение же точности заготовительных и сборочных работ в сварочном производстве сопряжено с большими трудностями и может оказаться невыгодным, так как существенно увеличивает их трудоемкость и ставит под сомнение целесообразность автоматизации.
Таким образом, для автоматизации сварочного производства необходимо слежение и обратные связи, корректирующие программу по фактическим отклонениям изделия от номинала (прямолинейность швов, величина зазора и т.д.), либо необходимы устройства с предварительной записью и «запоминанием» фактических линий, размеров швов и зазоров с тем, чтобы последующее движение автомата происходило по записанной программе, индивидуальной для каждого изделия.
Третья особенность связана с тем, что в процессе сварки вследствие неравномерности нагрева изделия могут возникать значительные температурные деформации свариваемых заготовок, искажающие форму шва и затрудняющие программное управление процессом сварки, даже если заранее будут учтены все неточности в замерах заготовок и в их сборке. Температурные сварочные деформации изделия учесть очень трудно. Поэтому при ожидаемых значительных деформациях и невозможности определить их заранее система автоматизации должна быть снабжена обратными связями.
Таким образом, можно прийти к выводу, что сварочное производство, сравнительно простое и грубое по классу точности, нуждается в более сложной системе автоматического управления по сравнению, например, с программными токарными станками, выпускающими значительно более точную продукцию.








Способы подготовки кромок деталей под сварку.
Под сварку кромки готовят с целью удаления наклепанного металла после резки на ножницах, недопустимого в ответственных металлоконструкциях; для образования фасок, имеющих сложную форму; для получения более точных размеров детали и для улучшения качества поверхности реза после ручной газовой резки у сталей повышенной прочности.
Способы подготовки кромок под сварку определяются толщиной и маркой свариваемых элементов конструкций, типом сварочного соединения, пространственным положением конструкции при сварке и принятым технологическим процессом сварки. При односторонней сварке металла толщиной до 36 мм и при двухсторонней сварке толщиной до 8 мм соединение обычно выполняют без скоса кромок. Для сварки металла толщиной свыше 68 мм стыковое соединение обычно выполняют с предварительной разделкой кромок. Основными видами разделки кромок являются: односторонняя разделка кромок (при сварке металла толщиной 68 мм и более), двухсторонняя разделка кромок (при сварке металла толщиной более 12 мм).
Обработку кромок под сварку можно выполнять на кромко-строгальных и торцефрезерных станках либо газовой резкой. Строгание кромок после механической резки производят на глубину 23 мм, а после газовой резки не менее 4 мм.
В целях повышения производительности обрабатывать кромки у мелких заготовок типа диафрагм целесообразно на торцефрезерных станках пакетами по 1015 заготовок и более.
Использование газорезательных машин для резки заготовок с одновременным снятием фасок у них значительно сокращает механическую обработку фасок на кромках. Готовить кромки под сварку на газорезательных машинах можно двумя или тремя резаками. Расстояния между резаками изменяются в зависимости от толщины разрезаемого металла, кроме того, угол наклона между резаками зависит от угла скоса кромок и величины притупления.


















Как обеспечить соосность отверстий деталей узла в процессе сборки?
При сборке соосность обеспечивается применением, в зависимости от конструктивных особенностей изделия, универсальных и специализированных сборочных приспособлений.
Центраторы предназначаются для закрепления отдельных труб или подобных изделий, так чтобы они не имели сдвига и поворота в направлениях трех координатных осей. Они позволяют совместить цилиндрические поверхности стыкуемых изделий (труб, секций из труб и др.) для выполнения сварочных работ. В зависимости от положения центраторов относительно установочных поверхностей, центраторы подразделяются на наружные (схватывающие) и внутренние (распорные). Наружные центраторы применяют при сборке труб, в секции для сварки, на заготовительных базах или в зоне строительных площадок.
Хотя конструкторское исполнение наружных центраторов различно, они выполняют одну операцию по обеспечению соосности и совмещению торцевых кромок труб. Широкое распространение получили наружные многозвенные центраторы типа ЦНУ. Они состоят из двухрядной пластинчатой цепи, два крайних звена которой выполнены в виде крюков, закрепляемых на цапфах гаек винтовой стяжки. Стяжной винт имеет правую и левую резьбы. На концах винта предусмотрены шестигранные выступы под трещоточный ключ. Для центровки труб при сборке центратор накладывают на стык и вращением винта затягивают его на трубах. Универсальность конструкции при переходе с одного диаметра трубы на другой достигается изменением числа звеньев.
Внутренние центраторы обеспечивают наиболее качественную сборку труб благодаря более точному совпадению их кромок. При центровке стык открыт снаружи, что обеспечивает свободный доступ к месту сварки. Применение внутренних центраторов позволяет повысить производительность и степень механизации сборки для сварки как поворотных, так и неповоротных стыков трубопроводов. Внутренние центраторы по конструкции механизма центрирующих устройств можно классифицировать на четыре группы: с механическим, гидравлическим, электромеханическим, пневматическим разжимными приводами. Выбор центрирующих устройств зависит от диаметра труб и системы энергоснабжения.













Присадочные материалы, их назначение, требования, предъявляемые к ним. ГОСТы на сварочную проволоку.
Сварочная проволока сплошного сечения используется для автоматической и полуавтоматической сварки, а также для изготовления электродов и присадочных прутков. Сварочная проволока требуется для получения шва с необходимыми геометрическими размерами, для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик шва при минимальной склонности к образованию дефектов.
К сварочным проволокам предъявляют высокие требования по состоянию поверхности, предельным отклонениям по диаметру, овальности и другим показателям. Промышленность выпускает сварочную проволоку для сварки сталей, алюминия, меди, никеля, титана и их сплавов.
Химический состав и диаметр проволоки для сварки сталей регламентирует ГОСТ 2246-70, где она классифицируется по группам и маркам стали. ГОСТ предусматривает три группы проволок: низкоуглеродистую - 6 марок, легированную - 30 марок и высоколегированную - 36 марок. Она выпускается диаметром от 0,3 до 12,0 мм.
Химический состав проволоки для сварки меди и ее сплавов (бронзы, латуни) регламентирует ГОСТ 16130-90, ГОСТ предусматривает для сварки меди три марки проволок: Ml, M2P и МСР1. По сортаменту сварочная проволока изготавливается диаметром от 0,8 до 8,0 мм.
Проволока для сварки алюминия и его сплавов. ГОСТ 78771-75 регламентирует сортамент и химический состав 15 марок сварочной проволоки, при этом 4 марки предназначены для сварки алюминия и 11 для сварки алюминиевых сплавов. В промышленности широко используются марки проволоки, изготавливаемые по техническим условиям, обеспечивающие повышенные технологические, прочностные и антикоррозионные свойства.
Проволока для сварки магниевых сплавов. ГОСТ 14957-76 регламентирует химический состав 16 марок магниевых сплавов.
Проволока для сварки титана и его сплавов. ГОСТ 27265-87 регламентирует сортамент и химический состав 11 марок сварочной проволоки. Диаметры проволок составляют от 1,4 до 7,0 мм.
Порошковая проволока представляет собой трубчатую проволоку, заполненную порошкообразным наполнителем. Отношение массы порошка к массе металлической оболочки 15-40%. Порошкообразный наполнитель представляет собой смесь минералов, руд, химикатов, ферросплавов. Он обеспечивает стабилизацию дугового разряда, защиту металла от воздуха, раскисление и легирование шва, регулирование процесса переноса электродного металла, формирование шва и др.
По способу защиты порошковые проволоки делятся на самозащитные и используемые с дополнительной защитой зоны сварки газом или флюсами. По составу сердечника порошковые проволоки, выпускаемые в настоящее время промышленностью, делят на пять типов: рутил-органические, карбанатно-флюоритные, флюоритные, ру-тиловые, и рутил-флюоритные. Название типа проволоки определяется наименованием основных составляющих сердечника. Проволоки первых трех типов применяют, как правило, без дополнительной защиты. Проволоки рутилового и рутил-флюоритного типов используют для сварки в углекислом газе.
Оборудование, применяемое для вращения узла в процессе сварки.
Среди средств механизации сварочных процессов, выполняемых электродуговой сваркой, широкое применение нашла технологическая оснастка, в которую входят кантователи, вращатели, манипуляторы и позиционеры.
Кантователи - стационарные приспособления, позволяющие закреплять свариваемое изделие, поворачивать его и устанавливать в удобное для сварки положение. Служат для ручной и полуавтоматической сварки.
Применяемые в промышленности кантователи можно разделить на четыре типа: с приводными роликами, с торцовыми шайбами, цапковые, роликовые с жесткой кинематической связью.
Вращатели - устройства, предназначенные для вращения свариваемых изделий с заданной рабочей скоростью; в отличие от манипуляторов имеют неподвижную или перемещающуюся параллельно самой себе ось вращения.
Манипуляторы - устройства, обеспечивающие вращение изделия с заданной рабочей скоростью при различных углах наклона оси вращения изделия. Область применения - автоматическая и полуавтоматическая сварка.
Манипуляторы - позиционеры. К этой группе относятся механизмы, предназначенные удерживать изделия в удобном для сварки положения и обеспечивающие только маршевую (ускоренную) скорость вращаемого изделия при различных углах его наклона. Позиционеры применяют при ручной и полуавтоматической сварке.
К основным конструктивным элементам сварочных манипуляторов относятся стойки, опоры привода, токоподводящее устройство, поворотная платформа (планшайба), механизм вращения, наклона и подъема планшайбы, рама и силовой орган к зажимным элементам.





















Как определяется температура предварительного подогрева?
Температура предварительного подогрева может быть определена через эквивалент углерода. Он определяется по эмпирическим формулам.
Наиболее часто применяемые зависимости (на углеродистые низколегированные и высоколегированные стали данные зависимости не распространяются): CЭ=СХ+СР, где Сх химический эквивалент углерода; Ср размерный коэффициент углерода. Сх = С + Мп/9 + Сг/9 + Ni/18 + Mo/12, СР=0,005
·СХ, где
· - толщина свариваемого металла. Температура предварительного подогрева в этом случае может быть определена по формуле 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
В некоторых случаях размерный коэффициент не учитывают. При этом эквивалент углерода определяют по формуле Сэкв = С + Мп/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Си + Ni)/15. При этом температура предварительного подогрева определяется по графику.
Предварительный подогрев должен обеспечить снижение скорости охлаждения до значения первой критической скорости охлаждения. Однако чрезмерный подогрев приводит к очень медленному охлаждению шва и околошовной зоны, что также неблагоприятно сказывается на процессе сварки, так как приводит к интенсивному росту зерна. Это в свою очередь снижает пластические свойства металла в зоне сварного соединения и его способность сопротивляться действию растягивающих напряжений.
























Каким образом величина продольной и поперечной усадки зависит от параметров режима сварки.
При неравномерном нагреве свариваемых изделий в металле происходят деформации сжатия, растяжения и сдвига. В результате этих деформаций сварная конструкция приобретает перемещения и искажения формы.
Деформации продольного укорочения. Продольное укорочение проявляется в изменении первоначальных размеров свариваемых элементов в направлении продольной оси шва. Оно вызвано остаточными продольными пластическими деформациями укорочения. Для теоретического определения величины продольного укорочения вводится понятие усадочной силы Рус - фиктивное понятие. За величину Рус принимают такую сосредоточенную силу, которая эквивалентна распределенной по площади поперечного сечения зоны пластических деформаций силе и способна ликвидировать эти пластические деформации. В связи с неравномерностью
·пр. ост. по ширине зоны пластического деформирования усадочную силу определяют путем интегрирования. Продольное укорочение определяется как решение задачи нагружения свободного от внутренних сил тела сосредоточенной внешней сжимающей силой Рус. Тогда продольное укорочение пластины можно найти по закону Гука. 13 EMBED Equation.3 1415 Величина Рус зависит от жесткости свариваемой конструкции и удельной погонной энергии сварки. Точных аналитических зависимостей для ее определения не существует. Из многочисленных экспериментальных формул следует выделить следующую: 13 EMBED Equation.3 1415, где q – эффективная мощность, Дж/с;
·св – скорость сварки, см/с; k-все учитывающий коэффициент.
Деформации поперечного укорочения. В поперечном к шву направлении, также как и в продольном, происходит пластическое деформирование сжатия металла на стадии нагрева и пластическое растяжение при остывании. Остаточные поперечные пластические деформации 13 EMBED Equation.3 1415 являются сжимающими и формируются в результате сложения эпюр пластических деформаций на стадиях нагрева и охлаждения с учетом их знака. Поперечная усадка или поперечное сближение пластин
·поп может быть определено путем интегрирования значений 13 EMBED Equation.3 1415 по ширине зоны bп. Чем ближе к оси шва находится точка, тем меньше ее поперечное перемещение. За зоной bп перемещения всех точек одинаковы и равны 13 EMBED Equation.3 1415. Точки на оси шва никуда не перемещаются.
На величину поперечной усадки существенное влияние оказывает наличие зазора между свариваемыми кромками или его отсутствие, так как при небольших и нулевых зазорах происходит упирание кромок друг в друга впереди сварочной ванны, что препятствует сближению пластин. Реальные величины поперечного укорочения всего соединения изменяются в широких пределах в зависимости от вводимой при сварке энергии, способа сварки, зазора, условия закрепления пластин при сварке и определяются по приведенной выше зависимости с учетом эмпирического коэффициента A: 13 EMBED Equation.3 1415.

УЗД и цветная дефектоскопия сварных конструкций.
В основе ультразвуковых методов контроля лежит использование колебаний определенной частоты, которые называются ультразвуковыми. Для выявления дефектов в сварных соединениях используют в основном три метода, отличающихся различными способами обнаружения дефектов: эхо-импульсный метод, теневой и зеркально – теневой.
Эхо-импульсный метод осуществляется путем ввода в изделие импульса ультразвука и приема отраженного от дефекта эхо-сигнала, являющегося признаком наличия несплошности. По времени между указанными импульсами судят о глубине залегания дефекта.
При теневом методе искатели располагают на противоположных поверхностях изделия. Ультразвук проходит от излучателя к приемнику через контролируемое сечение, а признаком наличия дефекта является уменьшение амплитуды (интенсивности) сигнала. Этот метод используется как в импульсном, так и в непрерывном режимах излучения ультразвука.
Зеркально – теневой метод отличается от других тем, что в этом случае о наличии дефекта судят по уменьшению амплитуды эхо-сигнала, отраженного от противоположной (донной) поверхности изделия и ослабленного имеющимися несплошностями.
В основе капиллярной дефектоскопии лежит изменение контрастностей изображения поверхностных дефектов и фона, на котором они выявляются с помощью свето- и цветоконтрастных индикаторных жидкостей – пенетрантов.
При контроле капиллярными методами должны быть решены три основные задачи:
заполнение полостей дефектов свето- или цветоконтрастными веществами;
извлечение их на поверхность изделия;
локализация пенетрантов у кромок дефектов и локализация индикаторного следа.
Контроль методами красок производится с помощью индикаторных жидкостей, в которые вводят специальные красители. Контролируемые поверхности очищают от различных загрязнений, наносят слой жидкого индикаторного состава, затем после выдержки, необходимой для заполнения поверхностных дефектов, избыток состава удаляют и производят проявление. После удаления избытков индикаторной жидкости поверхность сварного соединения насухо вытирают и с помощью кисти или пульверизатора наносят тонкий слой проявителя белого цвета.
Поверхность изделия просушивают теплым воздухом (50-600С). За счет диффузионных явлений оставшийся в полостях дефектов краситель выходит на поверхность и его следы ярко выделяются на белом фоне проявителя. Поверхность швов рекомендуется осматривать дважды – через 3-5 мин и через 20-30 мин после нанесения проявителя. Выявляемость дефектов ухудшается, если на сварное соединение или плакирующую наплавку наносят слишком толстый слой проявителя, при излишнем увеличении длительности промывки и протирки, а также, если температура изделия ниже 200С.


Приемы и оборудование для гибки листового проката. Свойства металла при производстве операций правки и гибки.
Процесс гибки заключается в пластическом изгибе заготовки, при котором внутренние слои металла сжимаются и укорачиваются, нагруженные – растягиваются и удлиняются. Гибку выполняют при деформациях, исключающих образование трещин. Поэтому в зависимости от свойств, толщины, размеров и формы заготовок для каждого способа гибки и вида оборудования устанавливают предельно допустимые минимальные радиусы, при которых гарантируется необходимое качество гибки.
По принципу действия оборудование для гибки делиться на две группы: ротационные машины и прессы. К ротационным машинам относят листогибочные трех- и четырех валковые машины, листогибочные машины с поворотной гибочной балкой. Прессы, применяющиеся для гибки, разделяются на листогибочные кривошипные и гидравлические прессы и правильные-гибочные горизонтальные прессы.
Для гибки листового и полосового материала используют листогибочные трех- и четырех валковые машины, листогибочные машины с поворотной гибочной балкой, листогибочные кривошипные и гидравлические прессы и универсальные гидравлические и кривошипные прессы.
Листогибочные машины предназначены для гибки цилиндрических и конических обечаек из листового материала в холодном и горячем состоянии. Машины делятся на трехвалковые симметричные и асимметричные и четырехвалковые. При гибке на трехвалковых симметричных машинах верхний валок нажимает на заготовку, лежащую на нижних боковых валах, и изгибает ее. Боковые валки – приводные, вращаясь, перемещают заготовку, поэтому изгиб происходит равномерно по всей длине, заготовки получаются плоскими.
В ассиметричных трехвалковых машинах передний боковой валок смещен к середине, и заготовка изгибается при нажиме заднего бокового валка. В этих машинах приводным является верхний валок, а боковые валки имеют регулировку по высоте. Передний боковой валок регулируется, чтобы поджимать лист к верхнему валку.
В четырехвалковых машинах верхний валок - приводной. Гибочными является два боковых валка. Средний нажимной валок прижимает лист к верхнему валку. При гибке на этих машинах заготовка зажимается между верхним и средним валками при нажиме среднего валка, далее на заготовку нажимает правый боковой валок и происходит загибание концевого участка так же, как на трехвалковых ассиметричных машинах. Затем правый боковой валок опускается, включается привод вращения верхнего валка и осуществляется гибка заготовки по всей длине, включая второй концевой участок при нажиме левого бокового валка.
Минимальный радиус при изгибе входном состоянии принимается равным двадцатикратной толщине металла, при меньших радиусах применяется горячая гибка.
Листогибочные машины с поворотной гибочной балкой предназначены для гибки различных профилей из листового и полосового материала в холодном состоянии.



Какие критерии используются при обосновании способа сварки узла?
Несмотря на большое разнообразие существующих в настоящее время способов сварки наибольшее применение в производстве имеют: ручная дуговая сварка штучным электродом; ручная дуговая сварка в защитных газах неплавящимся электродом; механизированная дуговая сварка в защитных газах и под слоем флюса (полуавтоматическая и автоматическая); контактная сварка (точечная, стыковая и шовная). У каждого способа имеются свои преимущества и недостатки. В монтажных условиях наиболее часто применяют ручную дуговую сварку покрытыми электродами. При сварке в закрытых помещениях при выполнении относительно непротяженных прямолинейных и криволинейных швов используют в основном полуавтоматическую дуговую сварку. Для соединения элементов металлоконструкций, прямолинейные, а также круговые и кольцевые протяженные швы применяют автоматические способы сварки: в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродом с присадкой и без присадки, а также сварку под слоем флюса. Также учитывается тип производства, программа выпуска.






























Варианты последовательности наложения швов с целью снижения остаточных деформаций.

Трёхстадийность процесса сварки. Классификация процесса.
При сварке условно различают три стадии: образование физического контакта; активация контактных поверхностей; развитие объемного взаимодействия.
Образование физического контакта – это процесс сближения атомов свариваемых поверхностей на расстояние, при котором возникает физическое воздействие, обусловленное силами типа сил Ван-дер-Ваальса. Сближение свариваемых поверхностей происходит, в первую очередь, за счет пластической деформации микро-выступов и приповерхностных слоев, обусловленной приложением внешних сжимающих усилий и нагревом металла.
Для образования химических связей требуется затрата некоторой энергии на активацию. Физически этот процесс обусловлен разрывом насыщенных связей, который приводит к появлению неспаренных электронов, способных участвовать в химическом взаимодействии.
Процесс схватывания твердых тел, в результате которого между атомами соединяемых поверхностей устанавливаются химические связи, происходит на активных центрах. Активный центр - это участок со свободными валентностями на поверхности твердого тела, а процесс их образования - активация поверхностей.
Образование активных центров возможно: механически - в процессе пластической деформации; при удалении с поверхности части самого металла или его очистке; с помощью скола кристалла или процесса хрупкого разрушения; и термически - вследствие реализации термоактивируемого процесса (само- и гетеродиффузии, движения вакансий и т.д.), приводящего к разрыву хотя бы части насыщенных химических связей поверхностных атомов.
При сварке одноименных или с близкими физико-механическими свойствами металлов активация контактных поверхностей происходит одновременно с образованием физического контакта в процессе их сближения при смятии отдельных микровыступов. Фактически после первой стадии наступает третья.
При сварке разнородных материалов с резко различной сопротивляемостью пластической деформации физический контакт образуется за счет материала, обладающего в условиях сварки меньшим сопротивлением деформации. Второй материал при этом начинает испытывать силовое воздействие с некоторым запозданием, и процессы, приводящие к активации его поверхности, идут более медленно.
Третья стадия - стадия объемного взаимодействия - наступает с момента образования активных центров. На этой стадии происходит развитие взаимодействия соединяемых материалов как в плоскости контакта с образованием прочных химических связей, так и в объеме зоны контакта. В плоскости контакта процесс объемного взаимодействия заканчивается слиянием дискретных очагов взаимодействия, а в объеме - релаксацией напряжений. При сварке одноименных металлов критерием завершения третьей стадии может служить образование общих зерен в зоне контакта. При сварке разноименных металлов необходимость развития или ограничения гетеродиффузии определяется свойствами диффузионной зоны и образующихся в ней фаз.



Статическая вольтамперная характеристика дуги и внешние вольтамперные характеристики источников питания.
Электрическая дуга - длительный электрический разряд в газах при нормальном атмосферном давлении. Между напряжением на электродах, величиной тока и длиной дуги существует связь, которую можно выразить графически.
Эта кривая называется статической вольтамперной характеристикой (ВАХ) дуги, из которой видно, что напряжение на дуге уменьшается с увеличением тока, потом почти не меняется, а затем опять возрастает. Такая характеристика получается только при медленном изменении тока. На самом деле в сварочной дуге изменения величины тока и длины дуги происходит очень быстро, а ионизация дугового промежутка не успевает за изменением режима сварки, и дуга гаснет. Для устойчивого горения дуги необходимо, чтобы источник питания мог быстро реагировать на изменение условий протекания тока в дуге.
Сварочная дуга горит в газовом промежутке, заполненном парами металла и парами обмазки. Пары металла и обмазки ионизируют столб дуги, и она горит устойчиво.
Одной из характеристик источников тока является внешняя вольтамперная характеристика, представляющая зависимость напряжения на выходных зажимах источника от силы тока нагрузки, которую можно выразить графически. Внешние вольтамперные характеристики источников питания сварочной дуги могут быть падающими (напряжение уменьшается с увеличением сварочного тока), жесткими (уменьшения напряжения с увеличением силы тока не происходит), возрастающими (при увеличении силы тока напряжение возрастает). Между статической вольтамперной характеристикой дуги и внешней характеристикой источника питания должно быть определенное соответствие.
Внешние вольтамперные характеристики источника питания дуги: 1- крутопадающая; 2- пологопадающая; 3- жесткая; 4- возрастающая
При совмещении вольтамперных характеристик источника питания и дуги можно определить основные параметры источников питания: 13 EMBED Equation.3 1415 - напряжение холостого хода; 13 EMBED Equation.3 1415 - ток короткого замыкания; 13 EMBED Equation.3 1415 - номинальное напряжение (рабочее); 13 EMBED Equation.3 1415 - номинальный ток (рабочий).







Принципы классификация конструкционных сталей.
Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% углерода. В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79). Конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроительных изделий.
Существует несколько признаков классификации конструкционных сталей: по составу, по обработке, по назначению:
По составу конструкционные стали подразделяют на углеродистые и легированные.
По обработке улучшаемые, нормализуемые, цементуемые, азотируемые, мартенсивно-стареющие и т.д.
По назначению конструкционные стали делят на пружинные, шарикоподшипниковые, криогенные и т.п.
В свою очередь углеродистые стали могут быть:
малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;
среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%
высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%
Легированные стали подразделяют на:
низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%
среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;
высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.
Качество в зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:
Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.
Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.
Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.
Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.
Степень раскисления по степени удаления кислорода из стали, т. е. По степени её раскисления, существуют:
спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами "сп" в конце марки (иногда буквы опускаются);
кипящие стали - слабо раскисленные; маркируются буквами "кп";
полуспокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами "пс".
Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:
сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
сталь группы Б - по химическому составу;
сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.



Особенности автоматизации процесса дуговой сварки. Задачи автоматического управления процессом сварки.
Существует ряд особенностей автоматизации сварки, отличающих ее от автоматизации других технологических процессов.
Первая особенность связана с точностью обработки, в частности, с точностью рабочих движений инструмента и размеров обрабатываемых изделий. В сварочном производстве по сравнению с обработкой металлов требуется гораздо меньшая точность стабилизации и регулирования параметров обработки. Излишняя точность сопровождается излишней сложностью оборудования и сложностью его эксплуатации.
Первая особенность автоматизации заключается в сравнительно невысоких требованиях, предъявляемых к точности сварочного технологического процесса. Эта особенность в общем случае облегчает задачу автоматизации.
Вторая особенность связана с тем, что точность изготовления заготовок и точность их сборки под сваркой часто выходит за пределы допустимые для автоматической сварки. Повышение точности заготовительных и сборочных работ в сварочном производстве сопряжено с большими, так как существенно увеличивает их трудоемкость и ставит под сомнение целесообразность автоматизации.
Для автоматизации сварочного производства необходимо слежение и обратные связи, корректирующие программу по фактическим отклонениям изделия от номинала (прямолинейность швов, величина зазора), либо необходимы устройства с предварительной записью и «запоминанием» фактических линий, размеров швов и зазоров с тем, чтобы последующее движение автомата происходило по записанной программе, индивидуальной для каждого изделия.
Третья особенность связана с тем, что в процессе сварки вследствие неравномерности нагрева изделия могут возникать значительные температурные деформации свариваемых заготовок, искажающие форму шва и затрудняющие программное управление процессом сварки, даже если заранее будут учтены все неточности в замерах заготовок и в их сборке. Температурные сварочные деформации изделия учесть очень трудно. Поэтому при ожидаемых значительных деформациях и невозможности определить их заранее система автоматизации должна быть снабжена обратными связями.
Таким образом, сварочное производство, сравнительно простое и грубое по классу точности, нуждается в сложной системе автоматического управления.
Непрерывно возрастающие требования к качеству сварных соединений могут быть удовлетворены лишь на основе использования систем автоматического управления процессом дуговой сварки, которые обеспечивают:
- стабилизацию параметров режима сварки;
- программное управление перемещениями рабочих органов сварочного оборудования;
- управление последовательностью операций – системы программного управления сварочными циклами;
- автоматизацию направления электрода по оси сварного соединения с помощью следящих систем;
- управление переносом металла, формированием и кристаллизацией сварных швов и др.
Сборка конструкций на прихватках. Требования к постановке прихваток.
Подготовка и сборка элементов конструкции под сварку во многом определяет качество сварных соединений и их эксплуатационную надежность.
Прихватку деталей выполняют следующим образом: с увеличением толщины свариваемых кромок увеличиваются высота, длина и шаг прихваток. Поперечное сечение прихватки 1/2 - 1/3 сечения полного шва.
В местах резких переходов, в острых углах, на окружностях с малым радиусом и в других местах концентрации напряжений установка прихваток как правило не разрешается. Прихватки также не следует устанавливать вблизи отверстий, на расстоянии менее 10 мм от отверстия или от края детали.
При прихватке фланцев, цилиндров, шайб, трубных соединений прихватки должны быть расположены симметрично. В случае двусторонней прихватке деталей прихватки следует располагать в шахматном порядке.
В тех случаях, когда сборочные приспособления, в которых закреплены элементы собираемого узла, пригодны для выполнения в них сварки, нет необходимости в постановке прихваток.
Последовательность выполнения прихваток листовых конструкций должна сводить до минимума коробление листов. Прихватку длинных листов начинают с постановки прихваток на одном, а затем на другом концах соединения, третью прихватку ставят посередине, остальные – между ними.
Прихватку протяженных листовых соединений в тавр начинают с середины соединения. Когда первая прихватка установлена, последующие прихватки ставят вначале от середины к одному концу, а затем от середины к другому концу.
Длина прихватки должна составлять (2-5)S, но не более 100 мм, а расстояние между ними (10-40)S, но не более 500 мм, где S – толщина. Для разнотолщинных и разнородных материалов длина прихватки должна составлять (1-5)S, но не более 50 мм, а расстояние между ними (5-20)S, но не более 250 мм, где S наименьшая толщина.
В случае, если собранные на прихватках детали подлежат транспортированию до сварки, их количество, расположение и размеры должны быть рассчитаны на транспортировочные нагрузки, в том числе от собственного веса.
Сварочный ток при прихватке обычно на 10% меньше тока, необходимого для сварки тех же деталей. Прихватку выполняют обычно электродами меньшего диаметра, чем для сварки. Длина дуги при этом должна быть короткой. При прихватке соединений из элементов разной толщины дугу направляют на элемент большей толщины.
Если в прихватке образовалась трещина, то в непосредственной близости от нее устанавливают новую прихватку, а прихватку с трещиной удаляют. Во всех случаях перед сваркой прихватки должны быть зачищены до полного удаления остатков шлака. Производят зачистку прихваток механическим способом до плавного перехода к основному металлу. При автоматической и полуавтоматической сварке продольных стыковых соединений начало и конец швов необходимо выводить на технологические планки, которые следует прихватывать или приваривать ручной дуговой сваркой.
Стальная проволока для сварки и наплавки. Условное обозначение. Влияние химического состава на свариваемость.
Сварочная проволока сплошного сечения используется для автоматической и полуавтоматической сварки, а также для изготовления электродов и присадочных прутков. Сварочная проволока требуется для получения шва с необходимыми геометрическими размерами, для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик шва при минимальной склонности к образованию дефектов.
К сварочным проволокам предъявляют высокие требования по состоянию поверхности, предельным отклонениям по диаметру, овальности и другим показателям.
Химический состав и диаметр проволоки для сварки сталей регламентирует ГОСТ 2246-70, где она классифицируется по группам и маркам стали. ГОСТ предусматривает три группы проволок: низкоуглеродистую - 6 марок, легированную - 30 марок и высоколегированную - 36 марок. Она выпускается диаметром от 0,3 до 12,0 мм.
Первоначально в марке проволоки указывается её назначение: сварочная или наплавочная. Затем две цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента. Далее указывают содержание легирующих элементов, которые обозначаются буквами. После буквы стоит цифра, указывающая его содержание в процентах. Повышение требований к чистоте проволоки по вредным примесям - серы и фосфора - отмечаются в марке буквами А и АА. В документации, которой сопровождается сварочная проволока, указывается полное её обозначение, состоящие из шести позиций. В первой позиции указывается диаметр проволоки; во второй - марка; в третьей - способ выплавки (ВД - вакуумно-дуговые печи; ВИ - вакуумно-индукционные печи; Ш - электрошлаковый переплав); в четвертой позиции проставляется позиция буква Э, если проволока предназначена для изготовления электродов; в пятой проставляется буква О, если проволока выпускается с омедненной поверхностью, и в шестой - стандарт на сварочную проволоку.

















Причины образования горячих трещин при сварке меди и её сплавов.
Легкая окисляемость меди при высоких температурах приводит к засорению металла шва тугоплавкими окислами. Закись меди растворима в жидком металле и ограниченно - в твердом. С медью закись образует легкоплавкую эвтектику Си-Си2О (ТПЛ 1064 С), которая сосредоточивается по границам зерен и снижает пластичность меди, что может привести к образованию горячих трещин.
Ввиду ограниченной по времени возможности металлургической обработки металла сварочной ванны (малое время существования из-за большой теплопроводности) необходимо введение энергичных раскислителей - фосфора, марганца при ограничении содержания кислорода до 0,03%; в особо ответственных не более 0,01%.
Применение фосфора для целей раскисления следует ограничивать, так как он также дает легкоплавкие эвтектики. Раскислитель, участвуя в металлургическом процессе сварки, не только раскисляет металл, но одновременно и легирует его, что может снизить его коррозионную стойкость и электропроводность.
Наличие некоторых примесей может способствовать склонности сварных соединений к образованию трещин. Элементы висмут, свинец дают легкоплавкую эвтектику. По этому должно быть резко ограничено содержание этих примесей (Bi < 0,002%; Pb < 0,005%), либо они должны быть связаны в тугоплавкие соединения введением в сварочную ванну таких элементов, как церий, цирконий, играющих одновременно роль модификаторов.
Высокий коэффициент линейного расширения (в 1,5 раза больше, чем у стали) может вызвать при сварке повышенные температурные и остаточные сварочные напряжения и деформации. Сочетание высоких температурных напряжений со снижением механических свойств может способствовать образованию трещин. Для уменьшения деформации конструкции сварку ведут в жестком закреплении, по прихваткам. При повышенной толщине металла регулируют величину зазора.
Медь в расплавленном состоянии поглощает значительные количества водорода. При кристаллизации металла сварочной ванны с большой скоростью ввиду высокой теплопроводности меди и резким уменьшением растворимости водорода в металле атомарный водород не успевает покинуть металл за счет десорбции. Закись меди восстанавливается водородом с образованием паров воды, что приводит к образованию в шве пор и трещин.
В околошовной зоне диффузионно-подвижный водород взаимодействует с Сu2О, располагающейся по границам зерен; образующиеся пары воды, которые не растворяются в меди и не могут из нее выйти, создают в металле значительные напряжения, приводящие к образованию большого числа микротрещин. Это явление получило название водородной болезни меди. Для предупреждения водородной болезни меди следует снижать количество водорода в зоне сварки. Сродство меди к азоту весьма мало, поэтому азот можно использовать при сварке меди в качестве защитного газа.




Режимы работы источников питания: перемежающийся, повторно-кратковременный, продолжительный.
Источники питания могут работать в одном из следующих режимов: перемежающиеся; повторно-кратковременный; продолжительный.
В перемежающемся режиме работа под нагрузкой в течение времени 13 EMBED Equation.3 1415 чередуется с холостым ходом в течение времени 13 EMBED Equation.3 1415, когда источник не отключается от сети (а).



а
б

Изменение нагрузки во времени при перемежающемся (а) и повторно-кратковременном (б) режимах работы источников питания
Такой режим имеет место при ручной дуговой сварке и полуавтоматической сварки. Режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки, который можно рассчитать, применяя выражение: 13 EMBED Equation.3 1415.
Повторно-кратковременный режим - это когда рабочие периоды в течение времени 13 EMBED Equation.3 1415 чередуются с паузами в течение времени 13 EMBED Equation.3 1415, во время которых источник питания отключается от сети (б).
Такой режим работы имеет место при механизированной автоматической сварке и характеризуется относительной продолжительностью включения, рассчитываемый по формуле 13 EMBED Equation.3 1415, который обычно составляет 60% при времени цикла 10 мин.
В продолжительном режиме источник питания непрерывно работает под нагрузкой. Таковы режимы работы многопостовых источников питания и некоторых однопостовых источников при механизированной сварке














Причины образования остаточных напряжений в сварных соединениях.
Наиболее стабильный характер имеют остаточные напряжения в стыковых соединениях вдоль швов -
·х. Распределение продольных напряжений имеет вид
Зона растягивающих напряжений bр ограничена линиями слева и справа от металла шва, нагревавшегося до температуры 100 – 200 °С. В низкоуглеродистых, низколегированных и аустенитных сталях наибольшие значения напряжений наблюдаются в сварном шве и их величина близка к пределу текучести. В титановых и алюминиевых сплавах максимальные напряжения составляют (0,5 - 0,8)
·т. Причем у алюминиевых сплавов в районе максимума напряжений наблюдается провал.
В зонах сжатия слева и справа от зоны bр напряжения мало меняются по величине, однако при сварке тонких пластин, когда возникает их изгиб, сжимающие напряжения вдалеке от шва могут быть близкими к нулю или даже растягивающими.
В сталях, испытывающих мартенситное и бейнитное структурные превращения, происходящие с разуплотнением структуры, а это обычно бывает при 300 - 400 оС в среднелегированных сталях, характер напряжений в шве и околошовной зоне значительно изменяется. Из-за разуплотнения структуры происходит существенное удлинение детали и возникновение напряжений сжатия в районе шва. Эпюра напряжений, соответствующая этому случаю.
При сварке таких сталей аустенитной присадкой эпюра продольных напряжений становится еще более сложной (б).
Рассмотренные закономерности распределения продольных напряжений
·х в пластинах полностью относятся к угловым, нахлесточным и тавровым соединениям. Сварка угловых швов за один или два прохода вызывает остаточные напряжения, мало чем отличающиеся от напряжений при сварке встык. При многослойной сварке угловых швов существенное влияние начинает оказывать поперечная усадка металла. В случае если пластины не закреплены, а значит, нет препятствий относительному повороту листов в результате поперечной усадки, кроме продольных напряжений в соединениях, в корне шва образуются значительные поперечные растягивающие напряжения
·у. При сварке углового шва в конструкции, когда относительный угловой поворот отсутствует, в корне шва образуются сжимающие напряжения
·у.
Сварку нахлесточного и таврового соединения в отношении образования остаточных напряжений можно рассматривать как наплавку валика на лист, и на кромку. В общем случае тепло может быть распределено между свариваемыми элементами с колебаниями в широких пределах. Это относится, прежде всего, к ручной дуговой сварке. При сварке таврового профиля швы укладываются на некотором расстоянии от центра тяжести его поперечного сечения. Продольные пластические деформации укорочения в районе сварного шва вызывают в этом случае изгиб тавра. В результате остаточные напряжения в стенке тавра дважды меняют свой знак. Остаточные напряжения в стенке двутавра являются преимущественно растягивающими.
Для толщин до 15 - 20 мм помимо продольных напряжений
·х в пластинах возникают поперечные напряжения
·у и касательные
·xy, однако они имеют весьма неопределенные эпюры и невелики по уровню. Касательные напряжения обычно наблюдаются лишь у концов свариваемых пластин.
Система саморегулирования дуги при сварке плавящимся электродом.
Особенность электрических дуг при сварке плавящимся электродом является присущее им свойство самовыравнивания энергетического состояния в условиях возмущающих воздействий. Это явление называется саморегулированием дуги; его использование позволило создать автоматы для дуговой сварки с постоянной скоростью подачи электродной проволоки без применения дополнительных регуляторов.
В результате эксплуатации сварочных головок с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, использующих эффект саморегулирования дуги, установлено, что процесс восстановления режима сварки реализуется только при высоких плотностях тока.
Простейшие системы автоматического регулирования энергетических параметров дуги (тока и напряжения) состоят из механизма подачи электродной проволоки МП, дуги Д и питающей системы ИП. Их называют системами автоматического регулирования дуги саморегулированием (АРДС). В этих системах механизм подачи электрода МП – задающий орган, а постоянная скорость подачи электрода Vп – задающий параметр. С его помощью устанавливается требуемая сила тока Iз .
Процесс саморегулирования дуги заключается в том, что любое отклонение длинны дуги в соответствии с ее регулировочной характеристикой вызывает изменение напряжения. В свою очередь изменение напряжения при полого падающей характеристике источника питания приводит к значительному отклонению дуги. Это в свою очередь, вызывает пропорциональное изменение скорости плавления электрода, в результате чего при постоянной скорости подачи электрода длина дуги и ее электрические параметры достигают заданных значений.
Аналитическое выражение для характеристики автомата можно найти, решая совместно уравнения плавления электрода и скорости его подачи. VЭ=кст
·Iд - ксн
·Uд, VП=const, где VЭ – скорость плавления; VП – скорость подачи; кст и ксн – коэффициенты саморегулирования по току и напряжению дуги. В установившемся режиме скорость плавления электрода равна скорости его подачи, то есть VЭ= VП или VП=кст
·Iд - ксн
·Uд, откуда уравнение регулировочной характеристики автомата будет иметь вид: Iд= Iз+ Uд
· ксн/ кст, Характеристика является геометрическим местом точек возможных режимов сварки, полученных при действии различных возмущений и при отработке их автоматом. Она в координатах U – I представляет собой прямую, наклоненную к оси ординат под углом
·. Наклон характеристики вызван влиянием напряжения дуги на скорость плавления электрода. Точка пересечения регулировочной характеристики автомата с ВАХ ИП определяет установившийся режим сварки. Изменение длины дуги на положение этих характеристик не влияет, следовательно в установившемся режиме отклонения тока и напряжения дуги не будет. При уменьшении длины дуги изменяется положение ее статической характеристики. Это приведет к увеличению тока дуги и соответственно скорости плавления электрода. Так как VЭ станет больше VП, то при постоянной скорости подачи вызовет увеличение длины дуги до заданной. При этом с уменьшением наклона характеристики источника питания отработка этого возмущения происходит интенсивней.



Приемы и оборудование для получения толстолистовых заготовок.
Основным способом получения толстолистовых заготовок является термическая резка:
Применяется для листового материала средних и больших толщин и труб большого диаметра. С помощью термической резки может производиться как прямолинейная, так и фигурная резка металла толщиной до 300 мм и более.
Основными видами термической резки является кислородная и плазменно-дуговая резка.
Процесс кислородной резки основан на сгорании металла в среде кислорода и удалении этой средой образующихся жидких окислов.
Плазменно-дуговая резка основана на плавлении металла в зоне реза электрической дугой и образующейся в ней струи плазмы рабочего газа. Рабочим газом при плазменно-дуговой резке являются аргон, азот, смеси аргона и азота с водородом, кислород в смеси с азотом, сжатым воздух.






























Порошковая проволока, её преимущества по сравнению с проволокой сплошного сечения.
Порошковая проволока это трубчатая проволока, заполненная флюсом и металлическим порошком. Эту проволоку используют в процессе MIG/MAG сварки. Проволока изготавливается из ленты путем холодного формования в U-образной форме с последующим наполнением флюсом или металлическим порошком. Затем проволока растягивается до нужного диаметра с помощью экструдера.
Сварка открытой дугой порошковой проволокой является одним из перспективных способов и имеет ряд преимуществ перед проволокой сплошного сечения:
надёжное сплавление кромок – нечувствительность к непроварам;
хорошая смачиваемость кромок; переходы без подрезов; гладкая поверхность сварного шва;
низкая склонность к образованию трещин;
небольшое разбрызгивание при сварке;
высокая стабильность сварочного процесса;
дополнительная защита расплавленного металла и капель; повышенная надежность против образование пор;
реакция в сварочной капле – дополнительное легирование;
высокая способность к перекрыванию зазора;
пониженная скорость охлаждения сварочной ванны и шва;
возможность производства небольших партий проволоки.
























Выбор формы подготовки кромок под сварку для обеспечения полного провара.
Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют четыре основных конструктивных элемента: зазор b, притупление с, угол скоса кромки beta и угол разделки кромок alfa, равный beta или 2 beta
Существующие способы дуговой сварки без разделки кромок позволяют сваривать металл ограниченной толщины при односторонней сварке ручной - до 4 мм, механизированной под флюсом - до 18 мм. Поэтому при сварке металла большой толщины необходимо разделывать кромки. Угол скоса кромки обеспечивает определенную величину угла разделки кромок, что необходимо для доступа дуги в глубь соединения и полного проплавления кромок на всю их толщину.
Стандартный угол разделки кромок в зависимости от способа варки и типа соединения изменяется в пределах от 60 ± 5 до 20 ± 5 градусов. Тип разделки и величина угла разделки кромок определяют количество необходимого дополнительного металла для заполнения разделки, а значит, производительность сварки. Так, например, Х-образная разделка кромок по сравнению с V-образной позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6- 1,7 раза. Стыковые соединения с V-обраэным скосом кромок рекомендуется применять на металле толщиной 3-26 мм. При большой толщине резко возрастает масса наплавленного металла. При толщине металла до 60 мм применяется Х-образный скос кромок. Уменьшается время на обработку кромок. В этом случае возникает необходимость вести сварку с одной стороны шва в неудобном потолочном положении или кантовать свариваете изделия.
Притупление с обычно составляет 2 ± 1 мм. Его назначение - обеспечить правильное формирование и предотвратить прожоги в вершине шва. Зазор b обычно равен 1,5-2 мм, так как при принятых углах разделки кромок наличие зазора необходимо для провара вершины шва, но в отдельных случаях при той или иной технологии зазор может быть равным нулю или достигать 8-10 мм и более.
Для всех типов швов важны полный провар кромок соединяемых элементов и внешняя форма шва как с лицевой стороны (так называемое усиление шва), так и с обратной стороны, т. е. форма так называемого обратного валика. В стыковых, особенно односторонних швах трудно проваривать кромки притупления на всю их толщину без специальных приемов, предупреждающих прожог и обеспечивающих хорошее формирование обратного валика.
Важное значение также имеет образование плавного перехода металла лицевого и обратного валиков к основному металлу, так как это обеспечивает высокую прочность соединения при динамических нагрузках. В угловых швах также бывает трудно проварить корень шва на всю его толщину, особенно при сварке наклонным электродом. Для этих швов рекомендуется вогнутая форма поперечного сечения шва с плавным переходом к основному металлу, что снижает концентрацию напряжений в месте перехода и повышает прочность соединения при динамических нагрузках.




Сварочные покрытые электроды, назначение покрытия. Основные компоненты покрытия электродов для сварки сталей.
Ручная дуговая сварка производится покрытыми электродами, конструктивно представляющими собой металлический стержень с нанесенным на него опрессовкой под давлением покрытием соответствующего состава (рис. 1). Покрытие электрода обеспечивает: Основное назначение электродных покрытий - обеспечение стабильности горения сварочной дуги и получение металла шва с заранее заданными свойствами (прочность, пластичность, ударная вязкость, стойкость против коррозии и т. п.). Стабильность горения сварочной дуги достигается снижением потенциала ионизации воздушного промежутка между электродом и свариваемой деталью.
Шлак, образующийся при расплавлении покрытия, создает на поверхности расплавленного металла защитный покров, а кроме того, служит для защиты капель электродного металла, переходящих через дуговой промежуток, от воздействия кислорода и азота воздуха путем образования на их поверхности шлаковых оболочек.
Шлак, покрывающий сварной шов, уменьшает скорость охлаждения и затвердения металла шва, способствуя выходу из него газовых и неметаллических включений. Шлакообразующими компонентами являются: титановый концентрат, марганцевая руда, каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, доломит, полевой шпат и др., Легирование металла шва производится для придания специальных свойств наплавленному металлу. Наиболее часто применяются такие легирующие компоненты, как хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, титан и др. Чаще металл шва легируют введением легирующих компонентов в состав покрытия электрода. Для повышения производительности, т. е. для увеличения количества наплавляемого металла в единицу времени, в электродные покрытия иногда вводят железный порошок, что улучшает технологические свойства электродов и повышает производительность сварки.


















Единая система обозначения источников питания для сварки.
Все сварочные источники питания, выпускаемые предприятиями, имеют единую систему обозначения. Как правило, эти обозначения состоят из букв и цифр – ТД-500, ТДМ-317, ТДЭ-402, ВДУ-505, ВДГМ- 1602У3.
В условном обозначении:
- первая буква обозначает тип изделия: Т-трансформатор, В- выпрямитель, Г- генератор, П- преобразователь, А-агрегат, У- установка;
- вторая буква - вид сварки: Д- дуговая, П- плазменная;
- третья буква обозначает способ сварки: Ф-под слоем флюса, Г- в среде защитных газов, У-универсальный источник питания (данный источник имеет и падающую, и жесткую вольтамперную характеристику). Если в обозначении источника питания третья буква отсутствует, то он предназначен для ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Иногда в обозначении источника питания третья буква ставится М – механическая регулировка сварочного тока (ТДМ-317, ТДМ-165) или Э – с электрическим регулированием сварочного тока (ТДЭ-101, ТДЭ-402);
- четвертая буква поясняет назначение источника: М- многопостовой, И- для импульсной сварки.
После тире первая одна или две цифры в обозначении показывают номинальный сварочный ток (округленно до сотен ампер), а оставшиеся две цифры – регистрационный номер изделия. Пример: ТД-500 трансформатор для дуговой сварки однопостовой с номинальным током 500 А, регистрационный номер 00; ТДФ 1001 – трансформатор для дуговой сварки под слоем флюса с номинальным током 1000 А, регистрационный номер 01.
Следующая за цифрами буква обозначает климатическое исполнение: У- для стран с умеренным климатом, Т- для стран с тропическим климатом.
Последняя цифра в обозначении соответствует категории размещения источника:
1 - для работы на открытом воздухе;
2 - в помещениях, где колебания температуры не существенно отличаются от колебаний температуры на открытом воздухе;
3 - в закрытых помещениях, где колебания температуры и влажности существенно отличаются от колебаний температуры и влажности на открытом воздухе;
4 - в помещениях с искусственным регулированием климатических условий;
5 - в помещениях с повышенной влажностью.
Пример обозначения источника питания: ВДГМ-1601У3 – выпрямитель для дуговой сварки в среде защитного газа многопостовой с номинальным сварочным током 1600 А, регистрационный номер 01, для стран с умеренным климатом, для работы в закрытых помещениях, где колебания температуры и влажности существенно отличается от колебаний температуры и влажности на открытом воздухе.






Особенности поведения металлов при низких температурах. Понятие хладостойкости и хладоломкости.
Об изменении свойств металлов при понижении температуры судят, ориентируясь на их свойства при комнатных температурах. Следует различать поведение металлов, установленное на гладких образцах и при статическом нагружении, и поведение металлов при испытании образцов с надрезами при статическом или ударном нагружении. У большинства металлов при понижении температуры происходит увеличение предела прочности, предела текучести, твердости, что может служить поводом для повышения уровня допускаемых напряжений и облегчения конструкции, однако сделать это удается редко по следующим причинам.
Многие конструкции эксплуатируются как при низких, так и при повышенных температурах, что заставляет ориентировать на пониженные значения предела текучести и предела прочности. Почти во всех деталях и конструкциях имеется концентрация напряжений, а с понижением температуры чувствительность большинства металлов к надрезам возрастает.
Характер изменения свойств металлов при понижении температуры зависит от ряда факторов - вида кристаллической решетки, химического состава, величины зерна, термообработки – и проявляется по-разному в зависимости от условий нагружения и напряженного состояния. Металлы и сплавы, у которых с понижением температуры предел текучести по сравнению с пределом прочности повышается незначительно, относятся к хладостойким (
·-Fe, Al, Cu). Металлы и сплавы, у которых предел текучести повышается значительно сильнее, чем предел прочности, пластичность заметно снижается, относятся к хладноломким (
·-Fe, Cr).
С понижением температуры можно выявить ряд особенностей в изменении свойств:
пластичность обычно уменьшается более резко у конструкционных углеродистых и низколегированных сталей. иногда происходит увеличение пластичности у алюминиевых и медных сплавов.
сопротивление усталости при переменных нагрузках в большинстве случаев возрастает.
чувствительность к концентрации напряжений при острых надрезах возрастает, а ударная вязкость уменьшается, особенно для металлов, имеющих ярко выраженную область температур перехода от вязкого к хрупкому состоянию.
понятие хрупкого разрушения следует связывать с энергоемкостью распространения разрушения - глубиной зоны пластической деформации, возникающей при прохождении трещины, и значением пластической деформации у поверхности разрушения.
при значительной пластической деформации, возникающей как на поверхности, так и в глубине, поверхность излома волокнистая (вязкое разрушение). при отсутствии пластической деформации или крайне малом ее значении поверхность излома кристаллическая (хрупкое разрушение). промежуточные значения занимают полухрупкие разрушения.
понижение температуры, увеличение скорости нагружения, концентрации напряжений способствуют переходу от вязких форм разрушения к хрупким.

Холодная сварка. Параметры процесса. Область применения.
Холодная сварка - способ соединения деталей при комнатной (и даже отрицательной) температуре без нагрева внешними источниками. Сварка осуществляется с помощью специальных устройств, вызывающих одновременную направленную деформацию предварительно очищенных поверхностей и нарастающее (до определенной границы) напряженное состояние, при котором образуется монолитное высокопрочное соединение.
Холодной сваркой можно соединять алюминий, медь, свинец, цинк, никель, серебро, кадмий, железо и т.д. Особенно велико преимущество холодной сварки перед другими способами сварки при соединении разнородных металлов, чувствительных к нагреву или образующих интерметаллиды.
По природе холодная сварка - сложный физико-химический процесс, протекающий только в условиях пластической деформации. Без пластической деформации в обычных атмосферных условиях, даже прилагая любые удельные сжимающие давления на соединяемые заготовки, практически невозможно получить полноценное монолитное соединение.
Качество сварного соединения определяется исходным физико-химическим состоянием контактных поверхностей, давлением (усилием сжатия) и степенью деформации при сварке. Перед сваркой необходима тщательная предварительная подготовка контактных поверхностей.
Точечная сварка – наиболее простой и распространенный способ холодной сварки. Она позволяет заменить трудоемко клепку и контактную точечную сварку.
При точечной сварке зачищенные детали 1 устанавливаются внахлестку между пуансонами 2, имеющими рабочую часть 3 и опорную поверхность 4. При вдавливании пуансонов сжимающим усилием Р происходит деформация заготовок и формирование сварного соединения. Опорная часть пуансонов создает дополнительное напряженное состояние в конечный момент сварки, ограничивает глубину погружения пуансонов в металл и уменьшает коробление изделия.
Схема холодной точечной сварки (а), геометрия сварного соединения (б)
Отожженные металлы рекомендуется сваривать круглым пуансоном, а нагартованные - прямоугольным или более сложным. Рациональный диаметр рабочей части круглого пуансона составляет: d = (1,8 – 3,5)13SYMBOL 215 \f "Symbol" \s 1214Ч1513SYMBOL 100 \f "Symbol" \s 1214d15, где 13SYMBOL 100 \f "Symbol" \s 1214d15 - толщина металла в пределах 0,8-5 мм. Ширина прямоугольного пуансона b = (1-3)13SYMBOL 215 \f "Symbol" \s 1214Ч1513SYMBOL 100 \f "Symbol" \s 1214d15, а его длина l = (2-3)13SYMBOL 215 \f "Symbol" \s 1214Ч15b.
В конечный момент сварки общее давление состоит из давления на пуансон и на опорную часть, создающего обжатие точки P = P13SYMBOL 215 \f "Symbol" \s 1214Ч15Fт + Pоп13SYMBOL 215 \f "Symbol" \s 1214Ч15Fоп , где Fт и Fоп - площадь рабочей и опорной части пуансона; Р и Pоп - удельное давление на рабочей и опорной площади. Удельное давление ориентировочно можно выбирать по зависимости P = 3(т, где (т - предел текучести свариваемого металла.
Холодная шовная (роликовая) сварка характеризуется непрерывностью монолитного соединения. По механической схеме эта сварка аналогична холодной сварке прямоугольными пуансонами.
Точность сборки и сварки конструкций. Класс и квалитет точности.
В каждом изделии детали разного назначения изготавливают с различной точностью. Степень точности характеризуют квалитетом. Под квалитетом (с франц. gualite качество) понимают совокупность допусков, характеризуемых постоянной относительной точностью для всех номинальных размеров данного диапазона. В пределах одного квалитета точность зависит только от номинального размера. Система стандартов СЭВ для всех диапазонов размеров устанавливает 19 квалитетов, которые имеют номера 01, 0, 1, 2, .. 16, 17. Чем меньше номер, тем выше степень точности.
Классы точности в машиностроении, характеристика точности изготовления изделия (детали, узла), определяемая значениями [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], указанных в стандартах. К. т. отдельных геометрических параметров являются составной частью стандартных систем допусков и посадок для типовых соединений в машиностроении распространяются на допуски данного геометрического параметра в любых изделиях.
В большинстве стандартных систем допуски во всех К. т. определяют на основе единицы допуска i, зависящей от номинального размера. Для каждого К. т. при подсчёте допуска выбирают определённое число единиц допуска, которые составляют геометрическую прогрессию обычно со знаменателем 1,6 , реже 1,25 или 2. В каждой системе допусков существует несколько К. т. Они обозначаются порядковыми номерами. Обычно номер К. т. возрастает с увеличением допусков. Например, в системе допусков ОСТ для цилиндрических соединений при размерах от 1 до 500 мм имеются К. т.: 1, 2, 2а, 3, 3а, 4, 5, которые используют, как правило, для сопрягаемых размеров, и 7, 8, 9, 10 для неответственных, так называемых свободных размеров. Установлены также классы точнее 1-го, обозначаемые (в порядке уменьшения допуска) 09, 08, 07, 06, 05, 04, 03, 02 и предназначенные для измерительных средств (калибры, концевые меры) и деталей в особо точных соединениях (посадки прецизионных подшипников). В системе ИСО 18 основных К. т. (иногда их называют квалитетами), обозначаемых номерами 01, 0, 1, 2,..., 16.
К. т. устанавливаются на некоторые изделия в целом. В этом случае на машину, прибор или узел разрабатывают стандарты, в которых определяют допуски основных эксплуатационных показателей, а также др. свойств изделия, влияющих на точность его работы. Например, К. т. металлорежущего станка определяют отклонения размеров и геометрической формы поверхностей деталей, обработанных на этом станке, а также предельные погрешности базирующих поверхностей станка, предельные погрешности взаимного перемещения рабочих органов станка и т.п.; К. т. подшипников качения предельные погрешности вращения подшипников, а также точность выполнения их монтажных поверхностей.
К. т. важная эксплуатационная, технологическая и экономическая характеристика изделия, определяющая степень приближения параметров изделия к их расчетным значениям. От К. т. зависят точность сборки, трудоёмкость и стоимость изготовления, выбор оборудования для обработки и контроля. К. т. может влиять на выбор материала изделия, его конструкцию и др. свойства.
На поверхность массивного тела наплавляют валик под слоем флюса длиной 100 мм. Режим наплавки: I = 300 A, U = 40 В, vсв = 1 мм/с. Теплофизические свойства металла: 13 EMBED Equation.3 1415, а = 8 10-6 м2/с. Рассчитать температуру точки М (-10, 0, 0) через 10 с. после окончания наплавки.
В соответствии с заданным способом сварки принимаем тепловой КПД равным 75%.
Мощность источника теплоты
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 Дж/с.
Теплофизические свойства металла:
13 EMBED Equation.3 1415 Вт/(м·К); 13 EMBED Equation.3 1415 м2/с.
При наплавке действительный точечный источник на длине шва 100 мм перемещается со скоростью ( = 1 мм/с. Длительность его действия tk = l/( = 100/1 = 100 с.
После окончания сварки фиктивный источник и сток, двигаясь с той же скоростью, через 10 с находятся в точке, удаленной от конца шва на расстояние хм
хм = (( tH = 1(10 = 10 мм.
Координаты конца шва относительно фиктивного источника и стока
хк = - хм = -10мм = 0,01м; ук = 0; zк = 0.
Радиус вектор точки К относительно фиктивного источника: 13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Предельные температуру конца шва определим по формуле для точечного источника на поверхности полубесконечного тела:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Длительность действия действительного и фиктивного источников t = 100 + 10 = 110 c. Длительность действия фиктивного стока t – tk = 10 с.
Безразмерные критерии для нахождения коэффициентов теплонасыщения: расстояния
начала шва 13 EMBED Equation.DSMT4 1415;
середины шва 13 EMBED Equation.DSMT4 1415;
конца шва 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Соответствующие коэффициенты теплонасыщения по номограмме:
конца шва
·3 = 0,99 и
·3
· =0,6.
Температуры через 10 с после окончания наплавки:
конца шва ТK = 1099(0,99 - 0,6) = 429 K.
Устройство балластного реостата. Его назначение.
Назначение балластного реостата – создание падающей характеристики на каждом посту и регулирование сварочного тока. Реостатом производится ступенчатая регулировка сварочного тока в широких пределах (20 ступеней).
Реостат состоит из 5 ступеней сопротивлений, которые при помощи пяти рубильников могут включаться в цепь сварочной дуги.
13 EMBED 1415
Схема балластного реостата
Каждая ступень включает в себя несколько элементов сопротивлений, которые выполнены из проволоки или ленты с большим удельным сопротивлением.
Первая ступень - минимальный ток. Пятая ступень – максимальный ток.
Выпускаются балластные реостаты типа РБ-201, РБ-301 и РБ-501
Балластный реостат РБ-201 регулирует сварочный ток от 10 до 200 А через каждые 10А.
Балластный реостат РБ-301 регулирует сварочный ток от 15 до 300 А через каждые 15 А
Балластный реостат РБ 501- от 25 до 500 А через каждые 25 А.





















Сущность метода сварки взрывом. Область применения.
Сварка взрывом – сравнительно новый перспективный технологический процесс, позволяющий получать биметаллические заготовки и изделия практически неограниченных размеров из разнообразных металлов и сплавов, в том числе тех, сварка которых другими способами затруднена.
Сварка взрывом - процесс получения соединения под действием энергии, выделяющейся при взрыве заряда взрывчатого вещества. Принципиальная схема сварки взрывом: неподвижную пластину (основание) 4 и метаемую пластину (облицовку) 3 располагают под углом ( = 2-16( на заданном расстоянии h = 2-3 мм от вершины угла. На метаемую пластину укладывают заряд 2 ВВ. В вершине угла устанавливают детонатор 1. Сварка производится на опоре 5. После инициирования взрыва детонация распространяется со скоростью D нескольких тысяч метров в секунду.
Под действием высокого давления расширяющихся продуктов взрыва метаемая пластина приобретает скорость Vн порядка нескольких сотен метров в секунду и соударяется с неподвижной пластиной под углом (, который увеличивается с ростом отношения Vн/D. В месте соударения возникает эффект кумуляции - из зоны соударения выбрасывается с очень высокой скоростью кумулятивная струя, состоящая из металла основания и облицовки. Эта струя обеспечивает очистку свариваемых поверхностей в момент, непосредственно предшествующий их соединению. Со свариваемых поверхностей при обычно применяемых режимах сварки удаляется слой металла суммарной толщины 1-15мкм. Соударение метаемой пластины и основания сопровождается пластической деформацией, вызывающей местный нагрев поверхностных слоев металла.
В результате деформации и нагрева происходит развитие физического контакта, активация свариваемых поверхностей и образование соединения.
Исследование пластической деформации в зоне соударения по искажению координатной сетки показало, что прочное соединение образуется только там, где соударение сопровождается взаимным сдвигом поверхностных слоев метаемой пластины и основания. Там же, где взаимный сдвиг отсутствовал, и в частности в зоне инициирования взрыва, прочного соединения не было получено. Очевидно, что "лобовой" удар метаемой пластины в основание без тангенциальной составляющей скорости и сдвиговой деформации в зоне соединения не приводит к сварке.
В ряде случаев при сварке пластин используется схема, при которой перед сваркой отгибается конец метаемой пластины. Отгиб осуществляется на длине 100-150 мм под углом 2°. Сварочный зазор на участке параллельного расположения метаемой пластины и основания составляет 6-8 мм. Эта схема сварки позволяет сохранить постоянство параметров процесса по всей облицовываемой поверхности. Это обеспечивает более стабильное качество соединения по сравнению с угловой схемой.
Сварку взрывом применяют для плакирования различных поверхностей от плоских до поверхностей сложной формы, а также внешних и внутренних поверхностей цилиндрических изделий.
Методы очистки поверхности листового проката.
Очищают листовой металл от окалины, ржавчины, масла и других загрязнений, вызывающих дефекты в сварных швах, вручную   абразивными   кругами,   стальными   щетками   или   на специальных   установках.   Процесс  очистки  весьма   длителен   и трудоемок. При изготовлении металлоконструкций с использованием большого количества листового проката применяют поточную линию дробеметной очистки. С приемного стола-конвейера через листоправйльные вальцы  листы поступают на выходной конвейер, откуда листоукладчиком устанавливаются в вертикальном положении на конвейер  и далее последовательно перемещаются через дробеметные камеры, подвергаясь при этом с двух сторон очистке дробью, выбрасываемой дробеметными аппаратами.
Для очистки металла широко применяют химический метод. Сущность его состоит в травлении в растворах кислот, промывке водой, нейтрализации остатков кислоты в щелочном растворе, промывке водой, пассивировании и сушке. Применяют два метода химической очистки: ванный и струйный. Ванный метод заключается в последовательном окунании металла в соответствующих ваннах с определенной выдержкой. Из-за большой продолжительности очистки (12 ч) метод малопроизводителен. При струйной очистке компоненты, входящие в состав растворов, значительно интенсивнее реагируют с ржавчиной и окалиной благодаря их ударному действию. Струйный метод позволяет организовать наиболее производительные и механизированные поточные линии.
Кроме этих методов применяют также сравнительно новый и эффективный способ очистки иглофрезой, представляющей собой микрорезцовую фрезу, которая имеет несколько тысяч режущих кромок. В процессе работы при реверсировании вращения иглофреза самозатачивается и может непрерывно работать 200300 ч. Иглофрезы могут обрабатывать любые металлы и сплавы высокой твердости, работают бесшумно и без охлаждения.


















Приемы и оборудование для вырезки заготовок.
При изготовлении деталей сварных конструкций применяются следующие виды резки: резка на ножницах, резка на отрезных станках, термическая резка, резка в штампах на станках.
Резка на ножницах. Процесс основан на упругопластической деформации и скалывании металла. Под давлением ножа разрезаемый материал заводят между нижним и верхним ножами ножниц. Под давлением верхнего ножа вначале происходит вдавливание ножей в металл на глубину 0,20,4 толщины, а затем скалывание металла по поверхности между остриями режущих кромок.
Большинство ножниц предназначено для прямолинейной резки. Фигурная резка может производиться на ножницах высечных, двухдисковых с наклонными ножами и ручных механизированных. Для поперечной резки фасонного и сортового материала применяются пресс-ножницы комбинированные, ножницы комбинированные, ножницы для резки уголка, швеллеров и двутавров, ножницы сортовые.
Отрезные станки. Применение для резки труб, фасонного и сортового материала, на отрезных станках можно резать материал большего сечения, чем я на ножницах, и качество резки более высокое. Отрезные станки применяются для резки профилей, которые невозможно резать на ножницах, например под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность резки. В производстве деталей сварных конструкций применяются отрезные станки с дисковыми пилами, труборезные станки, а также станки с шлифовальными отрезными кругами.
Термическая резка. Применяется для листового материала средних и больших толщин и труб большого диаметра. С помощью термической резки может производиться как прямолинейная, так и фигурная резка металла толщиной до 300 мм и более. Основными видами термической резки является кислородная и плазменно-дуговая резка.
Процесс кислородной резки основан на сгорании металла в среде кислорода и удалении этой средой образующихся жидких окислов. Кислородной резке поддаются металлы, у которых температура воспламенения ниже температуры его плавления и температуры плавления окислов ниже температуры воспламенения и плавления металла. (5-300 мм)
Плазменно – дуговая резка основана на плавлении металла в зоне реза электрической дугой и образующейся в ней струи плазмы рабочего газа. Рабочим газом при плазменно-дуговой резке являются аргон, азот, смеси аргона и азота с водородом, кислород в смеси с азотом, сжатым воздух. Плазменно-дуговая резка практически применения к любым металлам. (до 28 мм, цветные металлы до 60-80мм).
Плазменно-дуговая резка производиться на больших скоростях и обеспечивает лучшее качество реза, чем при кислородной резке. Кроме того, при плазменной резке деформации металла значительно меньше, чем при кислородной резке. Кислородная резка в отличие от плазменно-дуговой резки можно осуществлять на многорезаковых машинах.



Состав и применение электродов с кислым, основным, рутиловым и целлюлозным покрытиями.
Кислое (руднокислое) покрытие, основу составляют оксиды марганца, железа, и кремния, может быть средней или повышенной толщины. Шлаки носят отчетливо выраженный кислотный характер. Газовую защиту в этих электродах обеспечивают, обычно, небольшие добавки органических компонентов. В качестве раскислителя и легирующего компонента используют ферромарганец. Преимущества: достаточно высокую скорость расплавления, возможность сварки на форсированных режимах; толстопокрытые электроды с руднокислым покрытием обладают высокой проплавляющей способностью. С металлургической точки зрения этим электродам присущ ряд существенных недостатков: металл шва имеет, повышенное содержание углерода, кислорода, фосфора и серы. Вследствие этого металл шва чувствителен к образованию холодных и горячих трещин. Область их применения ограничена, в настоящее время не применюятся.
Основное покрытие построено на базе карбоната кальция (карбоната магния) и плавикового шпата. В состав покрытия вводят также минеральные силикаты (гранит) и раскислители (ферромарганец, ферротитан). Основное покрытие используют, в электродах, предназначенных для сварки ответственных конструкций, и в электродах спец назначения. С металлургической точки зрения образующийся шлак, содержащий оксиды кальция, кремния, железа, носит основной характер. Отделимость хуже, чем титаносодержащих шлаков рутиловых и целлюлозных электродов.
Преимуществами покрытия являются высокая пластичность металла шва и повышенная стойкость против образования кристаллизационных трещин. Это объясняется пониженным содержанием в нем кислорода и водорода. Электроды обладают широкими возможностями легирования, так как легирующие элементы не окисляются. Недостатки: чувствительность к порообразованию при увлажнении покрытия, при наличии влаги, окалины и ржавчины на кромках. УОНИ 13/45.
Рутиловое покрытие (Р). Его основу составляет рутиловый концентрат TiO2 (до 45%), а также алюмосиликаты (полевой шпат) и карбонаты (мрамор). Рутиловый концентрат обеспечивает шлаковую защиту. Газовая защита обеспечивается введением органических соединений (до 5%). Механическим характеристики занимают промежуточное положение между кислыми и основными покрытиями. Их сварочно-технологические свойства достаточно высокие. Наличие карбоната кальция способствует удалению серы и фосфора. Кислорода в свободном виде меньше, чем у кислых, так как TiO2 достаточно стойкий оксид. Стойкость к образованию пор выше, чем у основных. Они не так чувствительны к увеличению длинны дуги. За счет рутила обладают короткими шлаками, поэтому используется для сварки во всех пространственных положениях (при отсутствии железного порошока). Для сварки легированных сталей не используется, происходит окисление легирующих элементов. МР-3.
Целлюлозное покрытие (Ц) строится на основе органических соединений. В своем составе содержит до 50% газообразующих компонентов (целлюлоза). Шлакообразующими добавками являются рутиловый концентрат, мрамор, их количество невелико, поэтому сварочная ванна достаточно вязкая, что позволяет хорошо выполнять швы во всех пространственных положениях. Поскольку основу составляют органические соединения, толщина покрытия электрода малая, что дает возможность осуществлять сварку в труднодоступных местах. Основной недостаток электродов с целлюлозным покрытием – повышенное разбрызгивание (до 15%) связанное с малым количеством шлакообразующих компонентов и большим поверхностным натяжением расплавленного металла. Область их применения – сварка первого слоя (труднодоступного) неповоротных стыков трубопроводов. ВСЦ-4

Неплавящиеся электроды, их характеристика и свойства.
Неплавящиеся электроды применяют главным образом для сварки в защитном газе и плазменной сварки и резки. Неплавящимися электродами служат вольфрамовая проволока - прутки. Вольфрам тугоплавкий металл, температура его плавления достигает 4500°С, поэтому при сварке его расход незначителен. Применение вольфрамовых электродов позволяет осуществлять аргонодуговую сварку различных высоколегированных сталей и цветных металлов без присадочного или с присадочным материалом, обеспечивая при этом хорошую защиту зоны сварки инертным газом. ГОСТ 2394980 предусматривает несколько марок вольфрамовых электродов:
- ЭВЧ, которые изготовляют из вольфрама без легирующих примесей и поставляют в виде прутков диаметра 1-10 мм, и в мотках при диаметре проволоки 0,5 мм;
- лантанированные ЭВЛ с присадкой 11,4 % оксида лантана - выпускают в прутках. Они улучшают стабильность горения дуги и уменьшают расход электродов при сварке;
- иттрированные ЭВИ-1 с присадкой 1,52,3% оксида иттрия обеспечивают более легкое зажигание дуги и малый расход электродного металла.
- использование электродов из торированного вольфрама в связи с их радиоактивностью (незначительной) связано с определенными ограничениями.
В качестве материала для электродов, работающих в кислородсодержащих средах, используют гафний и цирконий. Теплофизические свойства этих материалов ниже чем у вольфрама, они менее подвержены окислению в кислородсодержащих средах. Для улучшения теплоотвода и повышения термической стойкости при высокой температуре эти электроды заключают в медные державки, укрепленные в плазмотронах.
Кроме вольфрама, гафния и циркония неплавящимися электродами служат угольные и графитизированные стержни, применяемые для воздушно-дуговой резки стали и сварки меди. Угольные электроды изготовляют путем прессования и последующей термической обработки угольного порошка. Их изготовляют в виде стержней круглого и прямоугольного сечения. Для воздушно-дуговой резки изготовляют стержни круглого сечения марки ВДК, диаметром 6, 8, 10, 12 мм и длиной 300 мм, а также плоские стержни марки ВДП, сечением 5x12 и 5х18 мм и длиной 350 мм. Для сварки изготовляют круглые стержни диаметром 418 мм и длиной 250 мм. Для улучшения теплофизических свойств и большей стойкости угольные стержни подвергают графитизации путем термической обработки при температуре 2600 °С. Графитизация уменьшает сопротивление электродов в 4 раза, поэтому они меньше нагреваются, меньше окисляются (сгорают) и применяются при токе большей величины. Для этой же цели применяют омеднение поверхности электродов. При сварке алюминия и его сплавов вольфрамовым электродом необходимо применять переменный ток и электроды ЭВЛ или ЭВИ. Сварка и резка угольным электродом, а также плазменная резка возможны только постоянным током прямой полярности. Сварка цветных металлов (кроме алюминия) вольфрамовым электродом должна выполняться постоянным током прямой полярности.

Флюсы, их назначение, классификация.
Сварочные флюсы представляют собой специально приготовленные гранулированные порошки с размером зерен 0,2 – 4 мм, которые подаются при сварке в зону горения дуги. При высокой температуре флюс расплавляется, создает газовую и шлаковую защиту сварочной ванны, а также участвует в физико-металлургической обработке сварочной ванны, обеспечивая требуемые свойства соединения и выведение вредных элементов в шлаковую коробку, которая образуется на поверхности шва.
Современные флюсы в зависимости от их применения разделяют на флюсы, предназначенные для механизированной сварки, наплавки, электрошлаковой сварки.
Сварочные флюсы можно разделить на группы по способу изготовления, химическому составу, по основности, химической активности, назначению.
В зависимости от способа изготовления флюсы подразделяются на:
Керамические флюсы производят в виде крупки, получаемой при смешении шихты определенного состава на связующем с последующей грануляцией и прокалкой при соответствующих температурах. Данные флюсы применяют преимущественно при наплавке, поскольку они позволяют легировать наплавляемый металл в широких пределах. Для этой цели во флюсы вводят металлические порошки и ферросплавы. Керамические флюсы при сварке применяют реже.
Плавленые флюсы получают сплавлением компонентов шихты в электрических или плазменных печах с последующей грануляцией расплава мокрым способом в воде, сухим дроблением застывшего шлака и распылением жидкой струи расплава воздушным потоком.
Плавленно-керамические флюсы включают два метода изготовления с целью повышения сварочно-технологических свойств флюса.
По химическому составу флюсы делятся на три группы: оксидные, солеоксидные и солевые. Оксидные флюсы состоят из оксидов и могут содержать 5-8% фторидных соединений. Оксидные флюсы построены преимущественно на базе шлаковой системы MnO-SiO2 с добавками других оксидов СаО, MgO. Al2O3. Оксидные флюсы в зависимости от содержания кремния делятся на бескремнистые (SiO2
·5%), низкокремнистые (6-35%SiO2), высококремнистые (SiO2>35%); по содержанию марганца бывают безмарганцевые (MnO<1%), низкомарганцевые (MnO<10%), среднемарганцевые (10-30% MnO) и высокомарганцевые (MnO>30%).
Cолеоксидные флюсы содержат меньше оксидов, чем оксидные и большее количество солей. Количество MnO снижено до 1-9%, SiO2 до 15-30%, CaF2 увеличено до 12-30%. Солевые флюсы не содержат оксидов и состоят из фторидов и хлоридов CaF2. NaF. BaCl2 и др.
Одной из характеристик флюсов является их основность. Химическое воздействие расплавленного флюса-шлака на металл шва в значительной степени определяется соотношением в его составе кислых, основных и амфотерных оксидов. Флюсы считаются кислыми при В<1. основными – при B>1, и нейтральными – при В=1. Важнейшей характеристикой флюсов, является его химическая активность.


Деформации при сварке тонколистового проката.
Потеря устойчивости листовых элементов сварных конструкций возникает в результате действия остаточных напряжений сжатия, появляющихся вследствие усадки металла в зоне сварных соединений. Перемещения точек листовых элементов, потерявших устойчивость, могут достигать значений, превышающих толщину металла в десятки раз.
Для определения возможности потери устойчивости необходимо вначале составить схему действия сил и условия закрепления рассматриваемых элементов по контуру, определить действующие напряжения, затем найти критические силы или напряжения и сравнить их с действующими.
Потеря устойчивости сварной двутавровой балки возникает в результате действия продольных усадочных сил Рус. Характерные проявления потери устойчивости заключаются в периодическом выходе из плоскости стенки двутавра в разные стороны так, что горизонтальная ось двутавра становится волнистой линией. Волнистость приобретают и полки двутавра. Причем, если с одной стороны полки наблюдается гребень волны, то на противоположной - впадина.
В соответствии с принципом Сен-Венана можно принять напряжения сжатия по краям балки равномерными: 13 EMBED Equation.3 1415, где F- площадь поперечного сечения балки.
Критические напряжения для случая, когда длина балки L в несколько раз больше высоты стенки hc, определяют по формуле: 13 EMBED Equation.3 1415.
Если действующие собственные остаточные напряжения сжатия стенки
·сж, найденные путем деления усадочных сил от верхнего и нижнего швов 2Рус на полную площадь F поперечного сечения балки, будут равны или больше
·кр., то произойдет потеря устойчивости.
При определении возможности потери устойчивости полки двутавра будем считать, что полка заделана жестко по одной стороне. Критические напряжения для случая длинной пластины, защемленной по одному краю, равны: 13 EMBED Equation.3 1415.
При анализе возможности потери устойчивости приварным днищем цилиндра (рис. 3.6, г) существенное значение имеет вопрос о характере закрепления днища по контуру. При условии жесткого закрепления, что лучше соответствует рассматриваемому случаю, критические радиальные напряжения равны: 13 EMBED Equation.3 1415, при условии шарнирного опирания: 13 EMBED Equation.3 1415.
Числовые коэффициенты 1,49 и 0,425 в этих формулах значительно отличаются. Цилиндрическую тонкостенную обечайку, к которой приваривается днище, нельзя рассматривать как жесткое тело, обеспечивающее защемление. Однако и шарнирное опирание не соответствует характеру сопряжения днища с обечайкой. С некоторым приближением данный случай можно рассматривать как промежуточный и принимать значение численного коэффициента примерно равным единице.
Сжимающее напряжение в днище можно определить, приняв жесткость края оболочки в радиальном направлении малой по сравнению с жесткостью днища в его плоскости. Тогда, из условия равновесия получим: 13 EMBED Equation.3 1415.
На практике встречается много таких деталей сварных конструкций, после потери устойчивости которых, их форма и направление действия усадочных сил существенно изменяются. Примером могут служить обычные листы, которые после сварки теряют устойчивость и в которых наблюдаются весьма большие перемещения. Опыт показывает, что длинные пластины искривляются в продольном направлении по дуге окружности.
Перемещения в направлении, перпендикулярном поверхности свариваемых листов. Перемещения точек в направлении Oz перпендикуляра к поверхности листов при их сварке происходит вследствие неравномерного нагрева металла по толщине, потери устойчивости тонкого металла под действием продольных и поперечных сжимающих напряжений, перемещения в радиальном направлении кромок свариваемых оболочек и т.д. Наиболее значительны такие перемещения в случаях сварки оболочек, например при выполнении кольцевых швов.
Продольные перемещения и деформации скручивания. Продольные перемещения вдоль оси Ох всех точек пластины, расположенных в одном поперечном сечении, одинаковы, а сдвиговые деформации и касательные напряжения отсутствуют. На самом деле сечения искривляются, а отдельные точки свариваемых пластинок получают различные перемещения в продольном направлении, причем величина перемещений при прочих равных условиях зависит от того, находится точка на середине свариваемой пластинки или на ее кромке. Продольные перемещения в практическом отношении представляют интерес при сварке соединений втавр или внахлестку.
При сварке, например, таврового профиля, точки в районе сварного шва на вертикальной стенке нагреваются больше, чем на горизонтальной полке. Это происходит потому, что теплоотвод от района шва в полке происходит в две стороны, а в стенке - в одну. В результате продольное перемещение точек стенки превосходит перемещение точек полки, а разница перемещений
·х фиксируется кристаллизующимся швом. Аналогичные явления возникают при сварке внахлестку.
Чтобы избежать негативных последствий относительного продольного смещения свариваемых элементов, например, в длинномерных мостовых балках, принимают меры по регулированию теплоотвода в отдельные элементы.
Перемещения
·х несмотря на их малые абсолютные значения, могут заметно влиять на остаточное скручивание свариваемых элементов.
Кручение сварных конструкций наиболее часто наблюдается при изготовлении балок, рам, панелей. В качестве примеров этого явления можно привести искажения формы крестообразной и коробчатой балок.
Относительное смещение свариваемых элементов
·х, являясь причиной скручивания при сварке швов 1 и 4 балки коробчатого сечения, закручивает балку в одну сторону, а при сварке швов 2 и 3 - в другую. Однако, результирующее скручивание не равно нулю в связи с неодновременностью заварки швов. Более того, если швы 1 и 4 сварить в одном направлении, а швы 2 и 3 - в противоположном, то закручивание от всех четырех швов суммируется.






Сварка ТВЧ и область применения.
При сварке токами высокой частоты (ТВЧ) изделие перед сварочным узлом формируется в виде заготовки с V - образной щелью между свариваемыми кромками. К кромкам индуктором или с помощью вращающегося контактного ролика подводится ток высокой частоты таким образом, чтобы он проходил от одной кромки к другой через место их схождения.
Вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, который по мере сближения кромок усиливается, достигается высокая концентрация тока в месте схождения кромок и происходит их разогрев. Нагретые кромки обжимаются валками и свариваются. Качество сварного соединения и расход электроэнергии связаны с особенностями протекания тока высокой частоты по проводникам.
При протекании тока по проводнику проявляется поверхностный эффект, заключающийся в неравномерном распределении переменного тока по сечению проводника. У наружной поверхности проводника наблюдается наибольшая плотность тока. При высокой частоте ток проходит лишь по тонкому поверхностному слою проводника.
Поверхностный эффект существенно увеличивает активное сопротивление проводников и позволяет сконцентрировать выделение энергии в поверхностных слоях нагреваемого изделия.
При оценке степени проявления поверхностного эффекта используют понятие глубины проникновения тока (. В слое толщиной ( протекает примерно 86 % полного тока. Величина ( определяется по формуле ( = ((1/
·)(f(
·(()0,5, где f - частота тока; 13SYMBOL 97 \f "Symbol" \s 1214a15 - удельная электропроводность проводника; 13SYMBOL 109 \f "Symbol" \s 1214m15 - магнитная проницаемость.
Характерным для процессов сварки ТВЧ является ярко выраженная локальность нагрева в сочетании с высокими скоростями сварки. Ширина зоны термического влияния в области сварного соединения колеблется в пределах 1,0-5,0 мм. Температурные градиенты в зоне шва достигают 1000 °С/мм. При сварке малоуглеродистых сталей средняя скорость охлаждения в интервале температур 1000-600 °С на границе слоя, нагретого на глубину 1 мм, составляет около 1500 °С/с, на 2 мм - 400 °С/с и на 3 мм - порядка 170 °С/с. Эти скорости для многих сталей будут выше критических и, как следствие этого, в зоне сварного соединения будут образовываться хрупкие структурные составляющие (мартенсит, тростит). Если наличие хрупких составляющих в сварном соединении недопустимо, проводится последующая нормализация, обеспечивающая распад закалочных структур на ферритно-перлитную смесь.




Механизмы раскисления сварочной ванны при сварке под слоем флюса.
При сварке плавлением сталей возможно развитие процесса окисления металла и легирующих компонентов шва кислородом, содержащимся в защитных газах, шлаках сварочной ванны, оксидах, находящихся на кромках деталей и поверхности электродной проволоки.
Кислород с железом образует три оксида: FeO, Fe3O4 и Fe2O3. В сварочной ванне легирующие элементы могут окисляться при взаимодействии с FeO: Me + FeO MeO + Fe. Это приводит к тому, что их содержание в металле уменьшается. Образовавшиеся оксиды могут оставаться в шве в виде газовых пор и шлаковых включений, что значительно снижает механические свойства сварных соединений.
Процесс перевода растворённого оксида FeO в форму нерастворимых соединений с последующим их удалением в шлак называется раскислением. В качестве раскислителей при сварке сталей используют марганец, кремний, титан, алюминий и другие элементы, обладающие большим, сродством к кислороду. Раскислители вводятся в сварочную ванну через электродную проволоку, покрытия электрода и флюс.
Раскисление марганцем происходит по реакции [FeО] + Mn Fe + (MnO). Оксид марганца мало растворим в железе, но сам хорошо растворяет в себе оксид железа FeO, увлекая его за собой в шлак.
Раскисление кремнием происходит по реакции 2[FeO] + Si2Fe +(SiO2). Оксид кремния плохо растворим в железе и всплывает в шлак. Раскисление кремнием сопровождается образованием комплексных соединений, которые также переходят в шлак MnO+SiO2=(MnO
·SiO2), FeO+TiO2=(FeO
·TiO2).
Одной из особенностей металлургических процессов при сварке под флюсом средне- и низколегированных сталей, является легирование шва марганцем и кремнием за счет их восстановления из оксидов MnO и SiO2, находящихся во флюсе. В высокотемпературной зоне протекают восстановительные реакции: 2[Fe]+(SiO2)2(FeO)+[Si], [Fe]+(MnO)(FeO)=[Mn].
Образовавшийся при этом оксид FeO частично всплывает в шлак, а частично растворяется в жидком металле; марганец и кремний полностью остаются в металле шва. При увеличении напряжения дуги возрастает количество расплавленного флюса и переход марганца и кремния в шов увеличивается.
В хвостовой части сварочной ванны в зоне понижения температур протекают реакции раскисления оксидов железа кремнием и марганцем с последующим образованием комплексных нерастворимых в металле соединений (MnO(SiO2), легко переходящих в шлак. При недостаточном содержании в сварочной ванне марганца и кремния может происходить раскисление оксида железа углеродом [FeO]+[C]=[Fe]+{CO}. Образовавшийся оксид углерода может приводить к пористости.
Для подавления процесса окисления при сварке легированных сталей используют флюсы на основе фторидных и хлоридных солей щелочных и щелочноземельных металлов. Например, флюс АНФ-5, его основу составляет CaF2(75-80%) и NaF (17-25%).

Сущность и преимущества ЭЛС. Область применения.
Электронно-лучевая сварка основана на использовании для нагрева энергии электронного луча. Сущность данного процесса состоит в использовании кинетической энергии электронов, движущихся в высоком вакууме с большой скоростью. При бомбардировке электронами поверхности металла подавляющая часть кинетической энергии электронов превращается в теплоту, которая используется для расплавления. Для сварки необходимо получить свободные электроны, сконцентрировать их и сообщить им большую скорость с целью увеличения их энергии, которая должна превратиться в теплоту при торможении в свариваемом металле.
Получение свободных электронов осуществляется путём применения раскаленного металлического катода, эмитирующего (испускающего) электроны. Ускорение электронов обеспечивается электрическим полем с высокой разностью потенциалов между катодом и анодом. Фокусировка - концентрация электронов - достигается использованием кольцевых магнитных полей. Резкое торможение электронного потока происходит автоматически при внедрении электронов в металл. Электронный луч, используемый для сварки, создается в специальном приборе - электронной пушке.
Технологические возможности и преимущества электронно-лучевой:
при ЭЛС возможно соединение за один проход металлов и сплавов толщиной в наиболее широком среди других методов сварки диапазоне от 0,1 до 400 мм.
благодаря высокой концентрации энергии в луче, минимальному вводу тепла и высокой скорости охлаждения, ЗТВ при ЭЛС имеет существенно меньшую протяженность, а снижение свойств в ней относительно небольшое.
глубокое проплавление металла при малой погонной энергии, обусловливает значительно большую скорость отвода тепла от зоны сварки, что обеспечивает увеличение скорости кристаллизации малой по объему сварочной ванны с получением мелкокристаллического строения шва, по своим свойствам близкой к основному металлу.
ввод значительно меньшего количества тепла дает возможность во много раз уменьшить деформации изделий.
большая концентрация энергии в малом поперечном сечении луча и возможность переноса энергии лучом на значительное расстояние от катода дают возможность использовать электронный луч при сварке в узкую щель, когда методы дуговой сварки не могут быть использованы.
при ЭЛС рабочее расстояние "электронная пушка - изделие" можно изменять в значительных пределах без существенного изменения параметров шва.
эффективная защита металла от взаимодействия с газами в процессе сварки, осуществляемой в высоком вакууме.
поскольку электронный луч представляет собой пучок первичных ускоренных электронов, обладающих малой массой и отрицательным электрическим зарядом, то имеется возможность при помощи электромагнитного поля, практически без инерционного, сканировать этот луч по выбранной траектории с большей частотой.
ЭЛС является наиболее рациональным методом соединения:
изделий из тугоплавких металлов;
изделий из термически упрочненных металлов;
изделий после окончательной механической обработки;
конструкций больших толщин ответственного назначения.
соединение разнородных материалов.
Выбор источников питания для ручной дуговой сварки по типу внешней вольтамперной характеристики.
При дуговой сварке покрытыми электродами и вольфрамовым электродом часто происходит изменение длины дуги. При ручной дуговой сварке вольфрамовыми электродами эти изменения связаны с выполнением швов в труднодоступных местах и квалификацией сварщика. При сварке покрытыми электродами изменение длины дуги происходит за счет оплавления электрода. При этих способах сварки колебания длины дуги приводят к значительным изменениям сварочного тока и, как следствие, наблюдается изменение геометрических размеров сварочной ванны и шва.
При ручной дуговой сварке статическая вольтамперная характеристика дуги падающая, а для устойчивого горения дуги применяемым источником питания должен быть источник с падающей внешней характеристикой. Рассмотрим, как изменятся величина сварочного тока при изменении длины дуги при использовании источников питания с внешними крутопадающей (1) и пологопадающей (2) характеристиками.
При установившемся режиме сварки, когда длина дуги постоянная (13 EMBED Equation.3 1415), все вольтамперные характеристики источников питания и дуги пересекаются в одной точке. Если длина дуги увеличилась
(13 EMBED Equation.3 1415), то уменьшился номинальный сварочный ток. Это изменение сварочного тока у источника питания с пологопадающей характеристикой 13 EMBED Equation.3 1415 больше, чем у источника с крутопадающей характеристикой 13 EMBED Equation.3 1415. Если длина дуги уменьшилась (13 EMBED Equation.3 1415), то увеличивается сварочный ток. Изменение сварочного тока у источника с пологопадающей характеристикой 13 EMBED Equation.3 1415 больше, чем у источника с крутопадающей характеристикой 13 EMBED Equation.3 1415. 13 EMBED Equation.3 1415>13 EMBED Equation.3 1415>13 EMBED Equation.3 1415 Из этого выражения видно, что для ручной дуговой сварки необходимо применять источники питания с крутопадающими внешними вольтамперными характеристиками, так как изменения длины дуги сопровождается незначительными изменениями сварочного тока и теплового режима сварки, что не отражается не размерах сварочной ванны и геометрических параметрах шва.










Механизм образования угловых деформаций при сварке.
Из-за более высокого разогрева металла в поверхностной части и меньшего разогрева обратной стороны поперечные деформации по толщине свариваемых пластин неодинаковы. У поверхности остаточные пластические деформации укорочения и поперечная усадка больше, чем с обратной стороны. В результате после сварки обе свариваемые половины выходят из плоскости, и между ними наблюдается некоторый угловой излом, называемый угловой деформацией.
Вследствие неодновременной заварки шва по всей длине происходит сложное силовое взаимодействие между отдельными участками шва, так как они находятся в разных фазах движения: холодные участки перед швом препятствуют искривлению пластин в тех зонах, где они нагреты неравномерно, и взаимному повороту их в зонах, где идет остывание и выравнивание температур.
Изображенные на рисунке величины угловых деформаций
·1<
·2<
·3



























Микроплазменная сварка.
Плазмой называется частично или полностью ионизированный газ, состоящий из нейтральных атомов и молекул, а также электрически заряженных ионов и электронов.
Для повышения температуры и мощности обычной дуги и превращения ее в плазменную используются два процесса: сжатие дуги и принудительное вдувание в дугу плазмообразующего газа.
Сжатие дуги осуществляется за счет размещения ее в специальном устройстве - плазмотроне, стенки которого интенсивно охлаждаются водой. В результате сжатия уменьшается поперечное сечение дуги и возрастает ее мощность - количество энергии, приходящееся на единицу площади. Температура в плазменной дуге достигает 30000°С.
Одновременно со сжатием в зону плазменной дуги вдувается плазмообразующий газ, который нагревается дугой, ионизируется и в результате теплового расширения увеличивается в объеме в 50-100 раз. Это заставляет газ истекать из канала сопла плазмотрона с высокой скоростью.
Наиболее распространенной является микроплазменная сварка. В связи с достаточно высокой степенью ионизации газа в плазмотроне и при использовании вольфрамовых электродов диаметром 1-2 мм плазменная дуга может гореть при очень малых токах, начиная с 0,1 А.
Микроплазменной дугой (сила тока 0,1...25А) сваривают листы толщиной 0,025...0,8 мм из углеродистой и нержавеющей стали, меди, титана, тантала и др.
Специальный малоамперный источник питания постоянного тока предназначен для получения дежурной дуги, непрерывно горящей между электродом и медным водоохлаждаемым соплом. При подведении плазмотрона к изделию зажигается основная дуга, которая питается от источника. Плазмообразующий газ подается через сопло плазмотрона, имеющее диаметр 0,5-1,5 мм. Защитный газ подается через керамическое сопло.
К основным параметрам процесса микроплазменной сварки относятся сила тока, напряжение, расход плазмообразующего и защитного газа, диаметр канала сопла, глубина погружения в сопло электрода, диаметр электрода.
По сравнению с аргонодуговой сваркой микроплазменная имеет следующие важные преимущества:
изменение длины микроплазменной дуги оказывает значительно меньшее влияние на качество сварного соединения деталей малых толщин;
дежурная плазменная дуга уверенно зажигается при токах менее 1 А;
облегчается доступ к объекту сварки и улучшается зрительный обзор рабочего пространства (на токе ~ 15 А длина дуги достигает 10 мм).
Микроплазменная сварка находит широкое применение в радиоэлектронике и приборостроении для сварки тонких листов и фольги.





Из каких операций состоит технологический процесс изготовления сварной конструкции. Структура трудоемкости этих операций.
Процесс производства сварных конструкций состоит из трёх основных стадий:
изготовление деталей;
сборка и сварка узлов и изделий;
отделка узлов и изделий.
При изготовлении деталей применяют следующие заготовительные технологические операции: правку, очистку и подготовку поверхности, разметку, маркировку, резку, гибку, штамповку, механическую обработку.
Процесс сборки и сварки изделия состоит из операций сборки и сварки узлов и изделия в целом.
В группу отделочных операций могут входить следующие технологические операции: зачистка и отделка сварных швов; правку сварных узлов; прокатка; проковка; термообработка сварных соединений; механическая обработка; промывка; нанесение защитных покрытий.
Наряду с технологическими операциями, на всех стадиях производства сварных конструкций выполняют вспомогательные операции, которые можно разделить на 2 группы:
операции, связанные с основным производством.
операции обслуживания
К первой группе относят операции: транспортные, контрольные, наладку оборудования, распределение работ, комплектация деталей, хранение и выдача материалов, инструментов и приспособлений.
К операциям обслуживания относятся ремонтные работы и уборка производственных помещений.
В производстве сварочных конструкций, несварочные операции в объеме этого производства составляют до 70% от общей трудоёмкости изготовления изделий.
При осуществлении собственно сварочных операций, в том числе при применении механизированных методов сварки, выполняются вспомогательные приёмы по установке и компоновки изделий под сварку, зачистке кромок и швов, сбору флюса, установке автоматов в начале швов, перемещению изделий и т. п., на выполнение таких приемов приходится в среднем 30-35 % трудоёмкости сварочных операций.












Возможные способы закрепления деталей в сборочно-сварочных приспособлениях.
Зажим деталей в сварочной оснастке (приспособлениях) выполняется как ручным способом, так и механизированным управлением (от силового источника) при помощи винтовых, клиновых и рычажных элементов.
Конструктивное исполнение зажимов очень многообразно, однако по способу получения усилия зажатия их можно разделить на механические, пневматические, гидравлические и магнитные.
К механическим зажимам относятся клиновые, винтовые, рычажные и другие механизмы.
Клиновые механизмы - наиболее простые в изготовлении; они позволяют создавать значительные усилия зажима. Их следует изготовлять самотормозящимися, т. е. угол скоса клина должен быть меньше угла трения. В сочетании с пневматическими приводами клиновые механизмы создают компактные и надежные в эксплуатации устройства.
Винтовые зажимы - наиболее распространенный тип механических зажимов; они являются силовыми звеньями приспособлений; должны обладать достаточной прочностью и жесткостью. В связи с этим, основные элементы зажимов следует рассчитывать. Винты в зажимных устройствах изготовляют с треугольной, прямоугольной, трапецеидальной резьбой. При работе они испытывают напряжение сжатия, растяжения и кручения. Винт должен быть самотормозящимся.
Рычажные зажимы - очень разнообразные по конструкции быстродействующие механизмы. Очень часто их используют в качестве элементов усиления.
Эксцентриковые зажимы - применяют в оснастке серийного производства. Основное их достоинство - быстрота действия. В сборочно-сварочных приспособлениях используют только круглые эксцентрики, устанавливаемые в горизонтальной или вертикальной плоскостях. В силовом отношении они аналогичны клиновым зажимам. Наиболее распространены эксцентрики самотормозящего типа.
Пневматические и гидравлические зажимы широко применяют в сборочно-сварочной оснастке. Основное их достоинство - быстрота срабатывания, дистанционное управление, а в совокупности с другими видами зажимов они обеспечивают надежное закрепление изделия.
В основном такие зажимы используют для закрепления крупногабаритных изделий. Их конструкция зависит от типа приспособления, характера закрепления детали, способа подачи рабочего органа и т. д.
В установках, где процесс сварки протекает под слоем флюса, гидравлический привод силовых органов использовать не рекомендуется. Масло, попадая в систему флюсоотсоса, спекается с флюсом, проходные сечения шлангов подачи флюса забиваются, подача его в зону сварного шва прекращается. В результате нарушается нормальный цикл работы сварочной установки. В этих случаях целесообразно применять пневматические приводы с клиновыми усилителями.




Защитные газы для дуговой сварки. Назначение, свойства и область применения.
Защитные газы, используемые при сварке, бывают активными и инертными. В качестве активных защитных газов широко используют углекислый газ и смеси газов (Ar – O2; Ar – CO2; CO2 – O2), а в качестве инертных защитных газов – аргон, гелий и их смеси.
Углекислый газ – CO2 (двуокись углерода; углекислота) в зависимости от температуры и давления могут находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии. Баллоны для хранения используются стандартные, емкостью 40 л. В баллон заливают 25 кг углекислоты, которая хранится обычно при давлении 5-6 МПа.
Аргон – химический элемент VIII группы периодической системы Д. И. Менделеева, инертный газ, без запаха и вкуса, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. При сварке используется в качестве защитного и плазмообразующего газа. Основным промышленным способом получения аргона является метод низкотемпературной ректификации воздуха с получением основных продуктов – кислорода и азота с попутным извлечением аргона. В последнее время освоено получение аргона как побочного газа при получении аммиака. Для хранения и транспортировки аргона используются стандартные баллоны емкостью 40 л. Объем газа в баллоне при давлении 15Па – 6,2 м3, при давлении 20МПа – 8,2 м3. Баллон окрашен в серый цвет, надпись зеленая.
Гелий – инертный газ, атомная масса 4, без цвета и запаха. Он значительно легче воздуха. На земле гелия мало, в небольших количествах содержится в воздухе (0,00052%) и в земной коре, где он образуется при распаде радиоактивных элементов. Гелий транспортируется и хранится в газообразном состоянии в стандартных баллонах под давлением p=15 МПа. Цвет баллона коричневый, количество газа в баллоне 6 м3. Баллон оснащается редуктором Г-70. Стоимость гелия значительно выше, чем аргона, поэтому его применяют в основном при сварке химически чистых и активных материалов и сплавов, а также сплавов на основе алюминия и магния. Из-за способности обеспечивать повышенное проплавление (благодаря высокому потенциалу ионизации) гелий иногда применяют при необходимости проплавить большую толщину или получить специальную форму шва.














Предварительный подогрев. Расчет температур подогрева в зависимости от химического состава и толщины.
Наиболее радикальным приемом снижения скорости охлаждения является предварительный подогрев свариваемых кромок. Температура предварительного подогрева может быть определена через эквивалент углерода. Он определяется по эмпирическим формулам, которые несколько отличаются друг от друга в разных литературных источниках.
Приведем наиболее часто применяемые зависимости (на углеродистые низколегированные и высоколегированные стали данные зависимости не распространяются):
Сэ = Сх + Ср, где Сх химический эквивалент углерода; Ср размерный коэффициент углерода.
Сх = С + Mn/9 + Cr/9 + Ni/18 + Mo/12
Ср = 0,005
··Сх, где
· - толщина свариваемого металла.
Температура предварительного подогрева в этом случае может быть определена по формуле
13 EMBED Equation.3 1415.
В некоторых случаях размерный коэффициент не учитывают. При этом эквивалент углерода определяют по формуле
Сэкв = С + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/15.
При этом температура предварительного подогрева определяется по графику.























Система автоматического регулирования напряжения дуги с воздействием на скорость подачи проволоки
В схему системы АРНД в отличие от АРДС дополнительно входит особое устройство (регулятор), стабилизирующее напряжение дуги путем принудительного измерения скорости подачи электрода Vп
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
13 EMBED Equation.3 1415(1) Формула (1) представляет собой уравнение статической характеристики устойчивого горения дуги системы АРНД. Как в системе АРДС, эта характеристика является геометрическим местом точек с коэффициентами U и I, соответствующими устойчивому процессу горения дуги (Vп=Vэ) при изменении параметров источника питания.






















Расчет на прочность соединений с комбинированными швами.
По направлению действующего усилия сварные швы делятся на:
продольные (фланговые) – направление действующего усилия параллельно оси сварного шва;
поперечные (лобовые) – направление действующего усилия перпендикулярно оси сварного шва;
комбинированные – сочетание продольного и поперечного швов;
косые – направление действующего усилия размещено под углом к оси сварного шва.

13 EMBED Equation.DSMT4 1415























Газы для газопламенной обработки металлов.
При сварке в качестве горючих газов используют газообразные и жидкие углеводороды, а также водород. Наиболее востребованным газом является ацетилен. Основное его преимущество – высокая температура пламени, достигающая 3150єС. Такая температура пламени необходима в первую очередь при сварке сталей. В настоящее время на рынке появились газы, заменяющие ацетилен. К ним относятся газ МАФ – побочный продукт этиленового производства. Рабочая температура его пламени несколько ниже, чем ацетилена (2927 єС). Газ применяют для газовой сварки сталей и цветных металлов.
Ацетилен (С2H2) – химическое газообразное соединение углерода с водородом, без цвета, со слабым специфическим запахом и сладковатым вкусом
Пропан-бутановая смесь- смесь, состоящая из пропана с примесью бутана в количестве от 5 до 30% получают при переработке нефти и нефтепродуктов, а также в виде побочного продукта при сжижении природного газа.
Метилацетилен – алленовая фракция Горючий газ МАФ – побочны продукт этиленового производства. Основными грючими компонентами, определяющими свойства газа МАФ, являются метил-ацетилен (пропин СН3-С=CH) и аллен (пропадиен CH2=C=CH2) в количестве 65-75%, а также пропан (H3C – H2C – CH2) в суммарном количестве от 30-35 до 20-25%, примесь углеводородов (бутан, бутилен, бутадиен) – 0,5 – 1,5%.
Нормальное пламя получают при соотношении расхода кислорода к МАФ:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Кислород газообразный технический кислород для газопламенной обработки металлов выпускается по ГОСТ 5583-78 трех сортов: первого, второго и третьего с объемной долей кислорода, соответственно, 99,7%, 99,5% и 99,2%.


















Способы сборки узла под сварку.
Сбору и прихватку деталей выполняют несколькими способами. Наиболее рационален метод секционной сборки, предусматривающий сборку и сварку отдельных узлов, из которых состоит конструкция, а затем сборку и сварку из этих же узлов самой конструкции.
При изготовлении металлоконструкций широко используют так называемый метод общей сборки. Он заключается в том, что вначале всю конструкцию собирают из отдельных заготовленных элементов, а затем ее сваривают. Если это не удается, то детали последовательно присоединяют к уже сваренной конструкции.
Метод селективной сборки основан на том, что каждую входящую в изделие деталь или узел подбирают отдельно, обеспечивая при этом требуемые размеры и сопряжения между деталями или узлами, используя при этом индивидуальную подгонку практически в отдельности каждого элемента конструкции. Это увеличивает трудоемкость изготовления и требует достаточно высокой квалификации производственного персонала.
Секционную сборку выполняют в приспособлениях, стапелях и т. п., что дает возможность вести работу широким фронтом, эффективно использовать производственные площади, обеспечивать высокую производительность и хорошее качество сварных изделий.
К недостаткам секционной сборки можно отнести необходимость ее выполнения более квалифицированными рабочими, чем при общей сборке всей конструкции из отдельных элементов. При общей сборке также допускается подгонка отдельных деталей по месту, а при секционной сборке детали изготавливают практически точно по размерам.





















Выбор способа сварки и его обоснование.
Несмотря на большое разнообразие существующих в настоящее время способов сварки наибольшее применение в производстве имеют: ручная дуговая сварка штучным электродом; ручная дуговая сварка в защитных газах неплавящимся электродом; механизированная дуговая сварка в защитных газах и под слоем флюса (полуавтоматическая и автоматическая); контактная сварка (точечная, стыковая и шовная). У каждого способа имеются свои преимущества и недостатки. В монтажных условиях наиболее часто применяют ручную дуговую сварку покрытыми электродами. При сварке в закрытых помещениях при выполнении относительно непротяженных прямолинейных и криволинейных швов используют в основном полуавтоматическую дуговую сварку. Для соединения элементов металлоконструкций, прямолинейные, а также круговые и кольцевые протяженные швы применяют автоматические способы сварки: в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродом с присадкой и без присадки, а также сварку под слоем флюса. Также учитывается тип производства, программа выпуска.






























Мероприятия, снижающие склонность спецсталей к межкристаллитной коррозии.
Межкристаллитная коррозия (МКК) – один из наиболее опасных видов местной коррозии. МКК у сталей и сплавов проявляется преимущественно по границам зерен, что приводит к резкому падению прочности и пластичности и может вызвать преждевременное разрушение конструкции.
Способы борьбы с МКК следующие:
Снижение в сталях содержания углерода, что исключает образование хромистых карбидов.
Введение в сталь стабилизирующих добавок (титан, молибден, ванадий, ниобий), которые связывают углерод в карбиды TiC, NbC и исключают обеднение приграничных участков по хрому.
Производить закалку сталей от температур 1050-1100°С, что обеспечивает перевод хрома и углерода в твердый раствор.
Отжиг для нестабилизированных сталей имеет цель выравнивания состава аустенита и ликвидацию обедненных хромом участков. Для стабилизированных сталей – перевод углерода из карбидов хрома для создания необходимого уровня коррозионной стойкости.
Повышение в сварных швах содержания 13 EMBED Equation.3 1415-феррита до 20-25% путем дополнительного легирования хромом, кремнием, алюминием, молибденом, вольфрамом, ванадием.
























Критерии выбора оборудования для сварки узла.
- Сварочное оборудование должно обеспечивать наивысшее возможное качество сварного соединения.
- Сварочное оборудование должно обеспечивать высокую производительность и стабильность процесса.
- Спец. виды сварки требуют специфического сварочного оборудования.
- Источники питания должны иметь соответствующую вольтамперную характеристику (ВАХ).
Внешние вольтамперные характеристики источника питания дуги: 1- крутопадающая; 2- пологопадающая; 3- жесткая; 4- возрастающая
При дуговой сварке покрытыми электродами и вольфрамовым электродом часто происходит изменение длины дуги. При ручной дуговой сварке вольфрамовыми электродами эти изменения связаны с выполнением швов в труднодоступных местах и квалификацией сварщика. При сварке покрытыми электродами изменение длины дуги происходит за счет оплавления электрода. При этих способах сварки колебания длины дуги приводят к значительным изменениям сварочного тока и, как следствие, наблюдается изменение геометрических размеров сварочной ванны и шва.
При ручной дуговой сварке статическая вольтамперная характеристика дуги падающая, а для устойчивого горения дуги применяемым источником питания должен быть источник с падающей или крутопадающей внешней характеристикой.























69. Балки. Принципы расчета и конструирования
Балками называют элементы конструкций, работающие в основном на поперечный изгиб. Наиболее часто применяют сварные балки двутаврового и коробчатого профилей. Двутавровые балки хорошо сопротивляются изгибу в плоскости своей наибольшей жесткости, коробчатые – изгибу в разных плоскостях и кручению.
Иногда могут использоваться балки с переменным поперечным сечением по длине; возможно изменение толщины или ширины горизонтальных листов, либо изменение высоты вертикального листа. Балки переменного сечения по сравнению с постоянным позволяют лучше использовать несущую способность металла по всей их длине, они менее металлоемкие. С технологической точки зрения, такие балки более сложны.
Последовательность расчета и проектирования конструкций балочного типа, как правило, включает в себя следующие этапы: выбор материала балки; определение высоты балки h и выбор типа сечения; конструирования сечения балки; проверка прочности сечения балки; проверка общей устойчивости балки; проверка местной устойчивости элементов балки; конструирование и расчет сварных соединений балки; конструирование и расчет опорных плит балки.
К наиболее важным этапам проектирования, определяющим работоспособность балочной конструкции, следовало бы отнести этапы расчета высоты балки, конструирования ее сечения и соответствующей проверки прочности.
Балка должна удовлетворять требованию жесткости, ее прогиб от наибольшей нагрузки не должен превышать предельно допускаемого: 13 EMBED Equation.3 1415
Из условия прочности (наименьшего веса): 13 EMBED Equation.3 1415, для двутавра 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415, откуда 13 EMBED Equation.3 1415
Подбор размеров поперечного сечения балки осуществляют с учетом изгибающего момента М и высоты h. 13 EMBED Equation.3 1415 требуемый момент сопротивления сечения 13 EMBED Equation.3 1415 требуемый момент инерции сечения
Проверка прочности сечения Напряжение от действия изгибающего момента
13 EMBED Equation.3 1415,где J – момент инерции подобранного сечения. Касательное напряжение от поперечной силы 13 EMBED Equation.3 1415,где Q – наибольшая поперечная сила балки; S – статический момент полуплощади сечения балки относительно центра тяжести балки.
Эквивалентные напряжения определяют обычно в тех случаях, когда максимальные значения моментов и сил совпадают в одном поперечном сечении; их определяют на уровне верхней кромки вертикального листа 13 EMBED Equation.3 1415, где нормальное напряжение 13 EMBED Equation.3 1415,касательное напряжение 13 EMBED Equation.3 1415,где S – статический момент площади горизонтального пояса относительно центра тяжести сечения балки.
Как правило, эквивалентные напряжения оказываются меньше, но при любых условиях и расчетные, и эквивалентные напряжения не должны превышать допускаемый уровень, т.е. 13 EMBED Equation.3 1415.
Сечение считается подобранным рационально, если 13 EMBED Equation.3 1415.



70. Способы снижения остаточных напряжений в сварных конструкциях
Отпуск сварных конструкций. Отпуск сварных конструкций применяют для изменения структуры и свойств металла, а также для снижения остаточных напряжений. Применение отпуска для снижения остаточных напряжений целесообразно, если предъявляются повышенные требования к прочности сварной конструкции и точности ее размеров при последующей эксплуатации. Кроме того, иногда целесообразно восстановить пластические свойства в зонах, где концентрировались пластические деформации при сварке, повысив тем самым сопротивляемость хрупким разрушениям при низких температурах.
В ряде случаев отпуск нецелесообразен. Прежде всего это относится к конструкциям, сваренным из разнородных материалов, когда в результате отпуска снижения напряжений не происходит. Неэффективен отпуск и в тех случаях, когда жесткость различных частей конструкции сильно отличается.
Недостатками отпуска являются снижение предела текучести материала и трудность удержания равномерной температуры по всему объему в больших печах.
Необходимо также помнить, что отпуск тяжелых и протяженных конструкций должен осуществляться при наличии достаточного количества опор во избежание пластических прогибов при высоких температурах.
Различают несколько видов отпуска: общий; местный; поэтапный; поэлементный. По температуре нагрева отпуск делится на высокий, средний и низкий. Для низколегированных и низкоуглеродистых: 550 – 680 °С, 350 – 500 °С, 250 – 300 °С.
Операция отпуска состоит из четырех стадий: I - нагрева, II -выравнивания температуры, III - выдержки, IV – остывания. Снижение напряжений наиболее интенсивно идет на стадии нагрева и происходит пропорционально начальному уровню напряжений: высокие и низкие напряжения снижаются на одинаковое количество процентов. Целесообразно вести отпуск с выдержкой в течение 2 - 3 часов.
Вибрационная обработка. Сущность способа заключается в создании в сварных конструкциях переменных напряжений определенной величины с помощью механических вибраторов. Вибрирование, как правило, осуществляется на резонансных и близких к резонансным частотах в течение определенного промежутка времени.
В отдельных случаях виброобработка применяется взамен термообработки. Процесс снятия сварочных напряжений протекает быстро. Способу снятия остаточных напряжений вибрацией присущи также определенные недостатки, к числу которых можно отнести зависимость эффективности способа от материала и формы детали. Способ неприменим для деталей, у которых резонансная частота выше, чем максимальная частота генератора (короткие детали с большим моментом сопротивления). Конечный результат виброобработки является функцией величин переменных напряжений, создаваемых вибрацией, и характеристик упругопластических свойств металла при циклических нагружениях (циклически упрочняемый или разупрочняемый материал).
В тех случаях, когда основной задачей является устранение деформаций, и для этого производят проковку или прокатку зоны сварного шва, остаточные напряжения могут быть сняты полностью или даже переведены в напряжения противоположного знака. Существенное снижение остаточных напряжений наблюдается также и в случаях сварки с предварительным или сопутствующим подогревом.
71. Как учитываются при сборке под сварку перемещения, возникающие от усадки сварных швов?
При изготовлении балок, элементов емкостей, оболочек и других конструкций широко применяют различные способы, основанные на придании конструкции или ее отдельным узлам обратного упругого или пластического выгиба. Создание обратной пластической деформации в виде выштамповки оказывается эффективным мероприятием в соединениях с круговыми швами сферических оболочек. Пластическая деформация создается штамповкой зоны кругового отверстия.
Перед сваркой встык цилиндрических обечаек можно производить пластическую раскатку краев, пластический изгиб балки перед сваркой и тому подобное. В некоторых случаях осуществляется упругое деформирование элементов, в частности, пояса тавровой балки перед сборкой его со стенкой, имеющей кривизну, равную кривизне от сварки, но с обратным знаком.
В рассмотренных случаях предварительную деформацию устанавливают примерно равной деформации от сварки, но противоположного знака. Величину досварочного деформирования устанавливают расчетом или определяют экспериментально.
Иногда при изготовлении двутавровых балок, тонколистовых конструкций, тонкостенных оболочек применяют способ предварительного растяжения зоны сварного соединения. Напряжения растяжения при этом создаются в направлении продольной оси стыковых и тавровых соединений, напряженное состояние сохраняется в процессе сварки с помощью приспособлений. При сварке по металлу с растягивающими напряжениями уменьшается как ширина зоны, так и величина пластических деформаций укорочения на стадии нагрева. Это приводит к уменьшению усадочной силы и остаточных сварочных деформаций.




















72. Баллоны для горючих газов.
Баллоны предназначены для хранения и транспортировки сжатых, сжиженных и растворенных газов, регламентируются требованиями ГОСТ 949-73. Их изготавливают из бесшовных углеродистых или легированных труб под условное давление до 20 МПа (200 кг с/мІ). Для передвижных сварочных установок наибольшее распространение получили баллоны емкостью 40 дм3. На сферической части баллона ставится клеймо, на котором паспортные данные: товарный знак изготовителя, номер баллона, дата изготовления и год следующего испытания, масса порожнего баллона и его емкость. Периодические испытания баллонов производятся не реже, чем каждые пять лет. В зависимости от газа, для которого предназначен баллон, его окраска и надписи отличаются. Кроме того, на баллоне должна стоять надпись, указывающая, под какой газ он предназначен.
Требования к газовым баллонам
К эксплуатации допускаются только исправные и освидетельствованные газовые баллоны. Вентиль газового баллона должен быть плотно ввернут в отверстие горловины или в расходно-наполнительные штуцера у специальных баллонов, не имеющих горловины. Стенки баллона не должны иметь вмятин, трещин, вздутий, сильной коррозии и иных деформаций. Баллон должен быть окрашен и маркирован соответственно ГОСТа. Остаточная окраска баллона должна быть не менее 70%. Баллон должен иметь остаточное давление не менее 0,05 МПа (0,5 кгс/см2).
Перевозка одиночных баллонов должна производиться с предохранительными колпаками и с применением приспособлений, предохраняющих баллон от ударов и перемещений. В качестве таких устройств могут применяться деревянные бруски с гнездами, резиновые кольца и веревочные крепления.
Газ
Цвет балона
Надпись
Цвет надписи

Азот
Черный
Азот
Желый

Аргон
Серый
Аргон
Зеленый

Ацетилен
Белый
Ацетилен
Красный

Бутилен
Красный
Бутилен
Желтый

Кислород
Голубой
Кислород
Черный

Метан
Красный
Метан
Белый

Природный газ
Красный
Природный газ
Белый

Пропан (бутан)
Красный
Пропан (бутан)
Белый

Углекислота
Черный
Углекислота
Желтый











73. Неразрушающие способы контроля качества сварных соединений
Все методы неразрушающего контроля подразделяются согласно стандарту на виды: акустический, капиллярный, магнитный, оптический, радиационный, радиоволновый, тепловой, течеисканием, электрический; электромагнитный. Все методы осуществляются либо передачей энергии, либо передачей вещества.
Наибольшее распространение получил радиационный вид контроля, осуществляемый с помощью передачи энергии рентгеновского или гамма-излучениия, которое проходя через контролируемый объект, изменяет интенсивность излучения в местах наличия дефектов. Это изменение регистрируется рентгеновской пленкой или электрорадиографической пластиной, реже используется радиоскопический метод и радиометрический метод. Радиационные методы позволяют с высокой степенью достоверности выявлять внутренние и поверхностные дефекты сварных соединений и основного материала практически из любых материалов.
Из акустических методов контроля наибольшее распространение получила ультразвуковая дефектоскопия, осуществляемая в основном эхо-методом с помощью прямых и наклонных преобразователей. Реже используют теневой и зеркально-теневой методы.
Среди магнитных методов контроля используются магнитографический и магнитопорошковый, а также метод магнитной памяти металла. При магнитографическом методе возмущения магнитных полей, создаваемые несплошностями материала намагничиваемых изделий, регистрируются магнитной пленкой и считываются с помощью магнитографического дефектоскопа. При магнитопорошковом методе возмущения наблюдают визуально по интенсивности и неравномерности расположения ферромагнитных частиц порошка на поверхности контролируемого изделия. Метод магнитной памяти металла позволяет определить не только существующие в материале внутренние несплошности, но также оценить зону концентрации напряжений, потенциально опасную для работоспособности конструкции. Методы магнитного контроля могут применяться для изделий из ферромагнитных материалов.
При капиллярном контроле используют движение индикаторного вещества. Группой методов данного вида контроля можно оценить наличие микронесплошностей на поверхности сварных соединений, основном металле и плакирующем слое. Распространение получили методы цветной, люминесцентной и люминесцентно-цветной дефектоскопии. Эти методы основаны на изменении контрастности и светоотдачи дефектных участков при заполнении их специальными цвето- и светоконтрастными индикаторными составами.
Методы течеискания позволяют судить о герметичности конструкции по выявленным сквозным дефектам. Методы основаны на регистрации индикаторных веществ, проникающих через несплошности контролируемых сварных соединений. К основным методам относят: пневматический, гидравлический, манометрический, керосиновый, химический и галоидный. Контроль герметичности течеисканием может быть применен для любых материалов и толщин.
Выбор метода контроля связан с определением возможностей различных методов выявить опасные для данного сварного изделия дефекты, а также с технико-экономическими показателями. Количественно оценить возможности каждого метода дефектоскопии и результаты контроля можно с помощью характеристики, называемой чувствительностью.
74. Совместное влияние эквивалентного содержания углерода и водорода в металле шва на образование трещин.
Элементы, снижающие температуру мартенситного превращения, усиливают склонность металла к образованию холодных закалочных трещин. К таким элементам прежде всего относится углерод. В среднелегированных сталях температура мартенситного превращения снижается при повышении содержания марганца, никеля, хрома, молибдена. О свариваемости применительно к ее чувствительности к закаливаемости судят по коэффициенту эквивалента углерода для различных легирующих элементов: Сэкв=[С+Мn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15].
Стали с эквивалентом по углероду более 0,45 склонны к образованию трещин при сварке. Однако этот критерий не является основанием для неприменения стали в сварной конструкции. При одном и том же показателе Сэкв стали с большим содержанием углерода имеют более высокую чувствительность к холодным трещинам, чем сложнолегированные стали с меньшим содержанием углерода. Замедленное разрушение связано с фиксированием нестабильного остаточного аустенита в структуре мартенсита при быстром остывании участков сварных соединений, нагревающихся при сварке выше точки Ас3. Остаточный аустенит с течением времени распадается при 20 °С. Интенсивность этого процесса усиливается при охлаждении ниже 0 °С. При сварочном цикле создаются благоприятные условия для образования остаточного аустенита вследствие повышенной гомогенизации твердого
·-раствора при нагреве до высоких температур и высокой скорости охлаждения. Кроме того, объемные напряжения сжатия, возникающие в шве и прилегающей зоне основного металла при образовании мартенсита, затормаживают процесс мартенситного превращения и могут способствовать сохранению еще большего количества остаточного аустенита. При распаде остаточного аустенита с увеличением объема образуется хрупкая структура неотпущенного мартенсита, что вызывает дополнительные структурные напряжения, кроме сварочных, в области хрупких структур шва и околошовной зоны. Вследствие увеличения микрообъемов металла при распаде остаточного аустенита происходит зарождение и развитие трещин в ранее образовавшемся мартенсите. Чем грубее структура первичного мартенсита, тем она более хрупка, и образование трещин более вероятно.
Когда сварной шов выполняют в условиях жесткого закрепления свариваемых деталей, в шве после остывания развиваются высокие растягивающие напряжения от реакции заделки. Суммарное воздействие растягивающих сварочных напряжений I рода и структурных напряжений, возникающих в результате распада остаточного аустенита при 20 0С, в критических случаях приводит к появлению трещин с течением времени. Этот эффект усугубляется наличием различных концентраторов напряжений: подрезами, непроварами, включениями, резкими переходами в проплаве и т. д. Образованию трещин с течением времени способствует водород, растворенный в металле; он затормаживает распад аустенита и снижает точку мартенситного превращения стали. Избыточный водород, растворенный в металле, с распадом аустенита, постепенно выделяясь в несплошности структуры в виде молекулярного водорода, создает местные внутренние давления, облегчающие возможность образования микротрещин
75. Основные схемы выпрямления, используемые в сварочных источниках питания постоянного тока.
Мостовая схема выпрямления. Большинство сварочных выпрямителей выпускаются с питанием от трехфазной сети переменного тока. Трехфазная мостовая схема. Мостовая схема выпрямления 13 EMBED Equation.3 1415- трехфазный трансформатор, 13 EMBED Equation.3 1415- первичные обмотки, 13 EMBED Equation.3 1415- вторичные обмотки, V1-V6- диоды
Трехфазная мостовая схема состоит из трехфазного двухобмоточного трансформатора и шести вентилей. Вентили (V1, V3, V5), имеющие общие катоды, образуют катодную группу, и их общий вывод имеет положительный полюс для нагрузки. Вентили (V2, V4, V6) - образуют анодную группу, а общий вывод имеет отрицательный полюс для нагрузки. В любой момент времени из катодной группы пропускает ток вентиль, к аноду которого приложено большее положительное напряжение. В анодной группе, в любой момент времени пропускает ток вентиль, к катоду которого приложено большее отрицательное напряжение. Для кривой выпрямленного напряжения характерна шестикратная частота пульсации по отношению к частоте переменного тока.
Шестифазная схема выпрямления с уравнительным дросселем. Шестифазная схема выпрямления состоит из трехфазного трансформатора, уравнительного дросселя (13 EMBED Equation.3 1415) и шести вентилей.
13 EMBED Equation.3 1415- трехфазный трансформатор, 13 EMBED Equation.3 1415- дроссель, 13 EMBED Equation.3 1415- первичные обмотки, 13 EMBED Equation.3 1415- вторичны обмотки, V1-V6- диоды
Трансформатор имеет две группы вторичных обмоток (аґ, вґ, сґ) и (аґґ, вґґ, cґґ), каждая из которых соединяется в звезду. В результате имеем два трехфазных выпрямителя с нулевой точкой, сдвинутые по фазе на 180є. В каждой группе пропускать ток может вентиль, у которого в данный момент наибольшее анодное напряжение. Выпрямленное напряжение равно полусумме напряжений работающих фаз. Уравнительный дроссель представляет собой катушку индуктивности, навитую из проводника большого сечения. Назначение уравнительного дросселя состоит в выравнивании выпрямленного напряжения в двух чередующихся фазах путем обеспечения одновременного протекания тока в двух работающих вентилях. Такие схемы целесообразно использовать для выпрямителей рассчитанных на большие токи. Недостаток наличие громоздкого уравнительного дросселя.
Шестифазная кольцевая схема выпрямления. Кольцевая шестифазная схема выпрямления состоит из трехфазного трансформатора и шести вентилей. Трансформатор имеет две группы вторичных обмоток. (aґ, bґ, cґ и aґґ, bґґ, cґґ), каждая из которых соединена в звезду. Блок вентилей замкнут в кольцо. В любой момент времени ток проводит вентиль, имеющий высший потенциал анода и низший потенциал катода. В промежутке ОО1 ток проводит вентиль V1 соединяющей обмотки aґ и bґґ. Продолжительность прохождения тока через каждый вентиль 60є, а по вторичной обмотке трансформатора 120є
Кольцевая схема выпрямления 13 EMBED Equation.3 1415- трехфазный трансформатор, 13 EMBED Equation.3 1415- первичные обмотки, 13 EMBED Equation.3 1415- вторичны обмотки, V1-V6- диоды
Однофазная мостовая схема выпрямления. В сварочных выпрямителях для целей управления так же используются выпрямительные блоки, но в отличие от силовых блоков, они собираются по однофазной мостовой схеме. В этой схеме используются 4 вентиля, которые образуют выпрямительный блок. В одну диагональ включен однофазный источник, а в другую включена нагрузка, питаемая постоянным током. В этой схеме происходит выпрямление обеих полуволн переменного напряжения. При одном направлении переменного напряжения ток проходит через вентили V1 и V3, лежащие в противоположных плечах. Во вторую половину периода, при обратном направлении напряжения ток проводят вентили (V2, V4). Следовательно, направление тока в нагрузке в оба полупериода не изменяется. Частота пульсации тока 100 Гц.
76. Понятие механической неоднородности свойств металла, ее влияние на прочность соединения. Мягкая и твердая прослойки.
Под механической неоднородностью сварных соединений понимают различие механических характеристик и, прежде всего, предела текучести металла разных участков соединения.
Механическая неоднородность в определенной степени присуща всем сварным и паяным соединениям. Она появляется из-за различия свойств основного и присадочного металлов, различия в термических циклах. Участки соединений, где механические свойства примерно одинаковы, располагаются параллельно оси шва в виде прослоек. Свойства металла шва 1 в значительной степени зависят от химического состава и свойств присадочного металла, а также режимов сварки, определяющих долю участия металла присадки в основном металле. В околошовной зоне 2 материал претерпевает структурные превращения и у ряда сталей может иметь повышенную твердость и прочность. Зона термического влияния 3 – зона высокого отпуска, у термически обработанных сталей металл в данном месте характеризуется пониженной прочностью и твердостью в результате сварочного нагрева. Основной металл 4, нагревавшийся до более низких температур, по-разному меняет свои свойства, в зависимости от марки стали или сплава.
В основе влияния механической неоднородности на поведение соединений лежит сдерживание одними его участками деформации других участков при нагружении. Это приводит к возникновению объемного напряженного состояния и в конечном итоге влияет на прочность, а также место и характер разрушения.
Мягкие и твердые прослойки в сварных соединениях
Зоны, где металл обладает пониженным пределом текучести по отношению к пределу текучести соседнего участка металла, называют мягкими прослойками. И, наоборот, у твердых прослоек металл имеет предел текучести больший, чем у соседних участков.
Паяные стыковые соединения, припой в которых менее прочен, чем основной металл, также содержат мягкую прослойку. Прочность таких соединений зависит не только от прочности металла мягкой зоны, но и от ее относительного размера, определяемого по формуле 13 EMBED Equation.3 1415, где h – ширина прослойки, s – толщина металла.













77. Диффузионная сварка. Сущность метода.
Диффузионная сварка в твердом состоянии - способ получения монолитного соединения, образовавшегося вследствие возникновения связей на атомном уровне, появившихся в результате максимального сближения контактных поверхностей за счет локальной пластической деформации при повышенной температуре, обеспечивающей взаимную диффузию в поверхностных слоях соединяемых материалов. Отличительной особенностью диффузионной сварки является применение относительно высоких температур нагрева (0,5-0,7Тпл) и сравнительно низких удельных сжимающих давлений (0,5-0 МПа) при изотермической выдержке от нескольких минут до нескольких часов.
Формирование диффузионного соединения определяется такими физико-химическими процессами, протекающими при сварке, как взаимодействие нагретого металла с газами окружающей среды; очистка свариваемых поверхностей от оксидов; развитие высокотемпературной ползучести и рекристаллизации. В большинстве случаев это диффузионные, термически активируемые процессы.
Для уменьшения скорости окисления свариваемых заготовок и создания условий очистки контактных поверхностей от оксидов при сварке могут быть применены газы - восстановители, расплавы солей; флюсы, обмазки, но в большинстве случаев используют вакуум или инертные газы.
Сближение свариваемых поверхностей происходит, в первую очередь, за счет пластической деформации микровыступов и приповерхностных слоев, обусловленных приложением внешних сжимающих напряжений и нагревом металла.
Диффузионная сварка позволяет решить проблему получения качественного соединения как между однородными, так и разнородными материалами. Соединяемые заготовки могут быть весьма различны по своей форме и иметь компактные или развитые поверхности контактирования.
Схематически процесс диффузионной сварки можно представить следующим образом. Свариваемые заготовки собирают в приспособлении, позволяющем передавать давление в зону стыка, вакуумируют и нагревают до температуры сварки. После этого прикладывают сжимающее давление на заданный период времени. В некоторых случаях после снятия давления изделие дополнительно выдерживают при температуре сварки для более полного протекания рекристаллизационных процессов, способствующих формированию качественного соединения. По окончании сварочного цикла сборка охлаждается в вакууме, инертной среде или на воздухе в зависимости от типа оборудования.
В зависимости от напряжений, вызывающих деформацию металла в зоне контакта и определяющих процесс формирования диффузионного соединения, целесообразно условно различать сварку с высокоинтенсивным (Р = 20-100 МПа) и низкоинтенсивным (Р 13 EMBED Equation.3 1415 2 МПа) силовым воздействием.






78. Перечислите основные направления совершенствования технологии производства сварных конструкций.
Основное направления, это автоматизация сварочного производства, влекущая за собой повышение качества изготавливаемой продукции и снижение трудоемкости операций.
Наиболее «узким местом» в процессе производства сварных конструкций (при низком уровне механизации работ) являются сборочные и вспомогательные операции, включающие: при сборке - установку, фиксацию и закрепление деталей и узлов; при сварке - установку и вращение изделий, установку и отвод сварочного автомата.
На выполнение этих операций затрачивается в среднем 35% трудоемкости всех сварочных операций.
Следовательно, повышение коэффициента оснащенности, представляющего собой отношение объема работы, выполненной при помощи механизмов, к общему объему данного вида работ, выполненных механизмами и вручную, является одним из резервов повышения производительности труда в сварочном производстве.
Повышение коэффициента оснащенности сборочных операций в единичном и мелкосерийном производстве может быть достигнуто за счет применения обратимой оснастки, собираемой из взаимозаменяемых нормализованных и стандартизованных элементов.
Следовательно, основными направлениями работ в области создания стандартизованной технологической оснастки являются агрегатирование, универсализация и специализация.
Агрегатирование - создание сборно-разборных конструкций оснастки из стандартизованных деталей и узлов, обладающих свойством функциональной взаимозаменяемости.
Специализация - создание специализированных конструкций оснастки, которые можно применять для обработки определенных групп однотипных деталей.
Универсализация - создание специализированных конструкций оснастки, которые можно применять для обработки различных деталей без каких-либо доработок или с добавлением несложных сменных элементов.













79. Перечислите основные требования к приспособлению проектируемому для сборки и сварки узла.
Определение типа технологической оснастки для сварочных работ зависит от характера производства, конструкции сварного узла и способа сварки.
Конструктивное исполнение оснастки имеет немаловажное значение в выборе средств межоперационного транспорта и регламентирует степень механизации всего процесса изготовления изделий.
В отличие от оснастки для обработки резанием сборочно-сварочная оснастка имеет специфические особенности, которые и следует учитывать в новых разработках и при модернизации уже действующей оснастки.
Сварочная оснастка должна обеспечивать:
пространственное размещение деталей в свариваемом узле, исключая операцию подгонки;
точность сборки в пределах установленных чертежом допусков;
доступ к местам прихватов и сварки;
наиболее выгодный порядок сборки и последовательность наложения сварных швов;
соблюдение заданного размера между кромками свариваемых деталей;
надежное закрепление свариваемого изделия силовыми прижимами - винтовыми, пневматическими и гидравлическими. Для предупреждения самопроизвольного их раскрепления во время манипуляций со свариваемым изделием в кинематическую схему механизмов крепления должны быть встроены самотормозящиеся звенья. Для предотвращения заклинивания резьбовых зажимных механизмов при их нагреве в процессе сварки резьба силовых элементов должна быть неполного профиля (прослаблена). Эксцентриковые же зажимные элементы вообще должны быть вынесены из зоны распространения сварочных брызг, попадание которых на рабочие поверхности эксцентрикового, зажима выводит его из строя;
возможность сварки в нижнем положении;
быстрый отвод теплоты от мест интенсивного нагрева;
снижение сварочных деформаций в свариваемом узле;
предохранение всех базовых и установочных поверхностей;
надежную защиту (особенно при сварке в среде СО2) базовых и установочных поверхностей, силовых элементов (штоки цилиндров, резьбовые поверхности силовых зажимов), а также корпуса самой оснастки от прилипания сварочных брызг. Резьбовые элементы должны иметь защитные кожухи либо должны быть закрыты колпачковыми гайками.









80. Основные технологические параметры режима дуговой сварки и их влияние на геометрические размеры сварочной ванны.
К основным параметрам дуговой сварки относятся сила сварочного тока Iсв, напряжение дуги Uд, скорость сварки Vсв. Помимо того, условия сварки зависят от ряда дополнительных факторов: диаметра электрода, рода и полярности тока, положения электрода по отношению к ванне и др.
Сила сварочного тока в наибольшей степени определяет тепловую мощность дуги. При постоянном диаметре электрода с увеличением силы тока возрастает концентрация тепловой энергии в пятне нагрева, повышается температура газовой среды столба дуги, стабилизируется положение активных пятен на электродах. С увеличением силы тока дуги возрастают длина сварочной ванны, ее ширина и особенно глубина проплавления. В определенных пределах изменения силы тока глубина проплавления сварочной ванны может быть оценена зависимостью, близкой к линейной:
Н = k*Iсв, где к - коэффициент, зависящий от рода тока, полярности, диаметра электрода, степени сжатия дуги и др.
С увеличением напряжения дуги также возрастает тепловая мощность, а следовательно, и размеры ванны. Наиболее интенсивно увеличиваются ширина и длина ванны. При постоянной силе тока повышение напряжения дуги незначительно сказывается на глубине проплавления. Путем медленного уменьшения длины дуги и соответственно напряжения ее можно подойти к процессу сварки погруженной дугой.
Изменение скорости сварки при постоянной тепловой мощности дуги заметно сказывается на размерах сварочной ванны и шва. С повышением скорости уменьшаются глубина проплавления и ширина ванны, а длина несколько увеличивается.
Важным параметром дуговой сварки является погонная энергия, представляющая отношение эффективной тепловой мощности дуги к скорости ее перемещения (скорости сварки).
Погонная энергия характеризует тепловложение в сварное соединение и представляет количество тепловой энергии, вводимое на единицу длины однопроходного шва. Этот параметр очень важен для оценки воздействия термического цикла сварки на основной и наплавленный металл шва. При постоянной погонной энергии повышение скорости сварки вызывает увеличение термического КПД процесса, что связано с возрастанием глубины проплавления и уменьшением ширины сварочной ванны.
Дополнительными параметрами, определяющими условия сварки и особенности горения дуги, являются диаметр электрода, род тока и др. Например, при постоянной силе тока диаметр электрода определяет плотность энергии в пятне нагрева и Подвижность дуги. При неизменном значении погонной энергии Можно изменять диаметр электрода, род тока и полярность, использовать колебания электрода или наклон его к поверхности изделия и др. Эти особенности процесса, в свою очередь, сказываются на формировании ванны и конечных размеров швов.



81. Как влияет величина погонной энергии на размеры зоны термического влияния? В каком из 3-х случаев размер ЗТВ будет наименьшим и наибольшим для режимов дуговой сварки при прочих равных параметрах:
1 – I1 = 200 A; U1 = 28 В; (1 = 7 м/ч.
2 – I2 = 400 A; U2 = 30 В; (2 = 20 м/ч.
3 – I3 = 450 A; U3 = 31 В; (3 = 25 м/ч.
Погонная энергия – отношение эффективной энергии источника теплоты (q) к скорости его движения (
·).
Зависимость ширины ЗТВ от отношения q/
· описывается выражениями: для точечного источника на поверхности полубесконечного тела (1.16); для линейного источника в пластине (1.17).
Вариант 1: q/
· = UI/
· = 200·28/ 7 = 800
Вариант 2: q/
· = UI/
· = 400·30/20 = 600
Вариант 3: q/
· = UI/
· = 450·31/25 = 560
Ширина ЗТВ наибольшая в первом случае, наименьшая в третьем.






























82. Строение сварочной дуги. Физические процессы, падение напряжения и мощности в отдельных областях дуги.
Электрическая дуга - длительный электрический разряд в газах при нормальном атмосферном давлении. В обычных условиях и газы, и воздух, состоящий из кислорода и азота, не проводят электрический ток. Чтобы воздух стал проводником электрического тока, необходимо его ионизировать в промежутке между электродами.
При обычных условиях в воздушном промежутке очень мало ионов и электронов, поэтому он и является непроводником. Чтобы сделать воздух проводником, существует несколько способов. Однако при сварке в большинстве случаев ионизация происходит за счет очень сильного разогрева воздуха. При соприкосновении двух металлических электродов, присоединенных к источнику тока, в месте контакта происходит интенсивное выделение тепла, при этом нагреваются как концы электродов, так и окружающий воздух.
Известно, что с повышением температуры увеличивается скорость движения свободных электронов, которые всегда имеются в металле. Наконец, скорость их достигает такой величины, что они вылетают в воздушный промежуток. Встречая здесь на своем пути молекулы и атомы воздуха, они расщепляют их, выбивая из них электроны. Эти атомы превращаются в ионы и свободные электроны. Промежуток ионизировался. Если теперь развести электроны на небольшое расстояние, то движение этих заряженных частиц упорядочится: положительные будут двигаться к катоду, отрицательные – к аноду. В момент зажигания дуги воздушный промежуток еще мало ионизирован, поэтому для усиления ионизации требуется повышенное напряжение. В дальнейшем для поддержания и горения дуги требуется уже более низкое напряжение.
В дуге различают три области: катодную, анодную и столб дуги. Схема сварочной дуги приведена на рис.1. Катодная область расположена в непосредственной близости от катода. В этой области происходит выход электронов из металла электрода. В анодной области, которая находится вблизи анода, электроны, движущиеся от катода, попадают на анод.
В столбе дуги происходит ионизация газов и движение электрических зарядов. Напряжение, которое необходимо для поддержания дуги, зависит от материала электрода, длины дуги и рода газа, в котором горит дуга.










83. Принципы расчета сварных соединений. Предельное состояние. Нормативные и расчетные сопротивления. Допускаемые напряжения и усилия.
При оценке несущей способности конструкции проектант принимает упрощенную схему напряженного состояния без учета концентрации напряжений. Расчет ведется на определение допускаемого усилия по разрушающему напряжению
·В либо по напряжению вызывающему текучесть металла
·Т, и соответствующим коэффициентам запаса прочности.
Согласно СНиП оценка несущей способности конструкций и соединений производится по предельным состояниям. Строительные конструкции следует рассчитывать на силовые воздействия по методу предельных состояний, при которых конструкция перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям при изготовлении. Предельные состояния подразделяют на две группы. К первой группе, относятся: общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; хрупкое, вязкое, усталостное или иного характера разрушение и др. Ко второй группе относятся предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или снижающие их долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, углов поворота), колебаний, трещин.
В строительных организациях в основу расчета по методу предельного состояния положены нормативные сопротивления (R), значения которых определяются отношением
·Т к коэффициенту надежности материала (кн). Для низкоуглеродистых сталей нормативное сопротивление определяется как R
·0,9
·T. При расчете по этому методу находится величина допускаемых усилий в элементах. Допускаемые усилия находятся с учетом коэффициента надежности материала (кн) и коэффициента условий работы (т), учитывающего специфический характер работы конкретных объектов. Допускаемые усилия для элемента при продольной силе определяют по формуле 13 EMBED Equation.3 1415, где F – площадь сечения. Расчетное усилие должно быть меньше или равно Nдоп. Допускаемый момент при изгибе определяется по формуле 13 EMBED Equation.3 1415, где W – момент сопротивления сечения.
В основу расчета машиностроительных конструкций и соединений положены допускаемые напряжения, которые устанавливаются в зависимости от следующих факторов: свойства материалов; степень точности расчета на прочность; род усилий; качество технологического процесса; характер нагрузок. Допускаемые напряжения при растяжении [
·]р обычно понимают как основные. При статических нагрузках, как правило, допускаемые напряжения назначаются в зависимости от предела текучести
·Т и определяются соотношением 13 EMBED Equation.3 1415, где к1 = 1,3 – 1,5 – коэффициент запаса прочности. В зависимости от предела прочности допускаемые напряжения назначаются по зависимости 13 EMBED Equation.3 1415, где к2 = 2 – 2,4 – коэффициент запаса прочности.
Допускаемые напряжения при различных видах усилий определяются как производные от [
·]р. При сжатии длинных элементов 13 EMBED Equation.3 1415, где
· – коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости сжатого элемента. При срезе допускаемые напряжения на основании теории прочности, определяются из соотношения 13 EMBED Equation.3 1415. При работе под переменными нагрузками допускаемые напряжения определяются по зависимости 13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415 - коэффициент понижения допускаемых напряжений при переменных нагрузках по сравнению со статическим нагружением.
Допускаемые напряжения в швах машиностроительных конструкций устанавливаются в зависимости от допускаемых напряжений основного металла. Это положение позволяет проектировать сварные соединения, равнопрочные основному металлу, не производя определения величины усилий, действующих на них, кроме того, нет необходимости учитывать переменные величины, влияющие на выбор коэффициентов запаса прочности конструкции.
84. Система саморегулирования параметров дуги.
Особенность электрических дуг при сварке плавящимся электродом является присущее им свойство самовыравнивания энергетического состояния в условиях возмущающих воздействий. Это явление называется саморегулированием дуги; его использование позволило создать автоматы для дуговой сварки с постоянной скоростью подачи электродной проволоки без применения дополнительных регуляторов.
Простейшие системы автоматического регулирования энергетических параметров дуги (тока и напряжения) состоят из механизма подачи электродной проволоки МП, дуги Д и питающей системы ИП. В литературе их называют системами автоматического регулирования дуги саморегулированием (АРДС). На их основе построены автоматы и полуавтоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки (трактор ТС-17 и его модификации, автоматы А-384 МК, А-616М, А-6878, АБС, А-184 и др., полуавтоматы А537Р, ПГД-500-1, ПШП-16 и др.). В этих системах механизм подачи электрода МП – задающий орган, а постоянная скорость подачи электрода Vп – задающий параметр. С его помощью устанавливается требуемая сила тока Iз в сварочном контуре.
Процесс саморегулирования дуги заключается в том, что любое отклонение длинны дуги в соответствии с ее регулировочной характеристикой (рис. 1.3) вызывает изменение напряжения. В свою очередь изменение напряжения при полого падающей характеристике источника питания приводит к значительному отклонению дуги. Это в свою очередь, вызывает пропорциональное изменение скорости плавления электрода, в результате чего при постоянной скорости подачи электрода длина дуги и ее электрические параметры достигают заданных значений.
















85. Способы снижения (устранения) остаточных деформаций после сварки.
Прокатка и проковка зоны пластических деформаций по холодному металлу. Эти методы довольно широко используются для устранения деформаций тонколистовых конструкций. В процессе прокатки роликами на специальных устройствах за счет силового воздействия металл пластически осаживается по толщине, в результате чего происходит его раздача в поперечном и продольном направлениях. Это вызывает небольшое уменьшение поперечной усадки и существенно или полностью устраняет продольные деформации укорочения зоны сварки. Прокатку сварных соединений с целью уменьшения деформаций выполняют при толщине листов до 12 мм.
Проковка по характеру воздействия на металл подобна прокатке роликами. Она обеспечивает большую маневренность инструмента и возможность обработки труднодоступных сварных швов. Выполняется проковка многобойковым пневматическими инструментом. Существенным недостатками высокоскоростной ударной проковки являются повышенная шумность процесса, сложность регламентирования режима и меньшая по сравнению с прокаткой равномерность воздействия по длине шва.
Местный нагрев. Сущность термической правки заключается в концентрированном и быстром нагреве небольших участков сварной конструкции с целью создания в них пластической деформации сжатия. Концентрированный и кратковременный нагрев необходим для того, чтобы соседние зоны оставались холодными и сопротивлялись расширению металла, вызывая в нем усадку. Термическую правку используют в основном для устранения деформаций коробления листовых конструкций потерявших устойчивость и для устранения изгиба балочных конструкций. Углеродистые стали обычно нагревают газовым пламенем до температуры 600 – 800 °С, нагрев ведут пятнами или полосами.
Отпуск в зажимных приспособлениях. Термическая правка путем общего нагрева детали при отпуске без использования приспособлений невозможна, так как напряжения снижаются как в зонах растяжения, так и в зонах сжатия. Равновесие сил почти не нарушается, а, следовательно, перемещения сохраняются.
В процессе отпуска в зажимных приспособлениях существенно снижаются и остаточные напряжения. Жесткость зажимного приспособления должна многократно превышать жесткость исправляемой конструкции. Сварная конструкция зажимается в приспособлении таким образом, чтобы за счет упругого деформирования ликвидировалась остаточная деформация или появлялась деформация обратного знака, например, обратный прогиб. В конструкции, помещенной в печь вместе с зажимным приспособлением, при нагреве упругие деформации переходят в пластические и сварная конструкция после отпуска приобретает форму заданную в приспособлении или близкую к ней. Переход упругих деформаций в пластические происходит вследствие развития явления ползучести при нагреве. Без применения зажимных приспособлений отпуск для снижения деформаций целесообразен в тех случаях, когда деформации недопустимого уровня появляются после механической обработки сварной конструкции из-за перераспределения остаточных напряжений.


86. Наружные дефекты сварных соединений. Причины их возникновения.
Наружные дефекты. К наружным дефектам относятся: нарушение формы шва; подрез; наплав; прожог; кратер; свищ.
Нарушение формы шва – отклонение формы наружных поверхностей сварного шва или геометрии соединения от установленного значения. Такой дефект может быть выражен в виде: неравномерной ширины шва по его длине; неравномерной выпуклости поперечного сечения шва; вогнутости обратной стороны шва; усадочной канавки в виде подреза со стороны корня шва; неравномерном катете углового шва; не полностью заполненной разделки кромок, превышения проплава; линейных или угловых смещений между свариваемыми элементами.
Подрезы - дефекты сварного соединения, представляющие собой местные уменьшения толщины основного металла в виде канавок, располагающихся вдоль границ сварного шва. Подрезы относятся к наиболее часто встречающимся наружным дефектам, образующимся чаще всего при сварке угловых швов с излишне высоким напряжением дуги и в случае неточного ведения электрода. Одна из кромок проплавляется более глубоко, металл стекает на горизонтально расположенную деталь и его не хватает для заполнения вертикальной стенки сварного соединения.
В стыковых швах подрезы образуются реже. Обычно при повышенном напряжении дуги и большой скорости сварки образуются двусторонние подрезы. Такие же подрезы образуются в случае увеличения угла разделки при автоматической сварке (не полностью заполненная разделка кромок). Односторонний подрез на наружной поверхности валика может быть образован при смещении электрода от оси стыка, а также из-за неправильного ведения электрода при сварке горизонтальных швов на вертикальной плоскости.
Наплав – избыток наплавленного металла сварного шва, натекший на поверхность основного металла, но не сплавленный с ним. Наплав может образовываться из-за недостаточного напряжения дуги, наличия на свариваемых кромках слоя окалины или окислов, а также из-за чрезмерно большого количества присадочного металла не успевающего переплавиться главным образом с поверхностным слоем основного металла. В кольцевых поворотных стыковых швах вызывается неправильным расположением электрода относительно зенита, обычно смещением электрода в сторону, противоположную вращения изделия.
Прожог – вытекание металла сварочной ванны, в результате которого образуется сквозное отверстие в сварном шве. Причиной возникновения прожога может служить большая сила сварочного тока, увеличение зазора между кромками, недостаточная толщина подкладного элемента или его неплотное прилегание. При сварке поворотных кольцевых швов появлению прожогов способствует смещение электрода от зенита в сторону вращения изделия, что вызывает стекание жидкого металла из-под конца электрода и более активное прожигающее воздействие дуги.
Кратер – усадочная раковина, не заваренная до или во время выполнения последующих проходов. Такого рода дефект представляет собой участок сварного шва в виде углубления, остающегося в месте обрыва дуги или в местах начала и окончания сварки. Усадочные рыхлоты в кратерах служат очагом образования трещин. В случае механизированных видов сварки применяют выводные планки.
Свищ – трубчатая полость в металле сварного шва, вызванная выделением газа. Форма и положение свища определяются режимом затвердевания и источником газа. Обычно свищи группируются в скопления и распределяются елочкой или цепочкой .
87. Для случая наплавки углеродистой стали определить рекомендуемую погонную энергию, позволяющую избежать закалочные структуры без подогрева, если известно, что при 600 °С критическая скорость охлаждения (охл = 35 °С/с (принять ( = 38 Вт/(м ( град). Какие параметры режима можно рекомендовать при ( = 15 м/ч? Скорость источника
· = 15 м/ч = 0,00417 м/с.
13 EMBED Equation.3 1415,
13 EMBED Equation.3 1415 Вт. U=30 В, I=430 A




































88. Сварочные трансформаторы с нормальными магнитными полями рассеяния, устройство и настройка на режим сварки.
Трансформатор статическое (не имеющее подвижных частей) устройство для преобразования переменного напряжения по величине.
Однофазный сварочный трансформатор имеет стержневой магнитопровод 1, цилиндрическую первичную 2 и вторичную обмотки 3, каждая из которых состоит из двух одинаковых катушек, закрепленных неподвижно на стержнях магнитопровода.

13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415

а
б
в

Трансформатор с нормальным рассеянием: а- конструктивная схема, б- последовательное соединение катушек, в- параллельное соединение катушек
Внешняя вольтамперная характеристика трансформатора, поскольку магнитный поток, пронизывающий вторичную обмотку, и вторичное напряжение не меняются при изменении нагрузки. А так как ВАХ трансформатора жесткая, он не пригоден для ручной дуговой сварки. Данный трансформатор обычно дополняют реактивной катушкой – дросселем с воздушным зазором в магнитной цепи.
Дроссель имеет магнитопровод 1, обмотку 2 и подвижный магнитный пакет 3. Подвижный магнитный пакет 3 с помощью привода 4 может перемещаться на расстояние 13 EMBED Equation.3 1415, что вызывает изменение индуктивного сопротивления в обмотке дросселя и, следовательно, изменение сварочного тока. Чем больше расстояние 13 EMBED Equation.3 1415, тем больше сварочный ток.
Обмотка дросселя включается последовательно в цепь вторичной обмотки трансформатора и обладает большим индуктивным сопротивлением, что способствует получению падающей ВАХ. Кроме того, дроссель сдвигает фазы тока и напряжения источника, что повышает устойчивость горения дуги переменного тока.
Данный трансформатор настраивается на режим сварки грубо и плавно. Грубая настройка осуществляется переключением обмоток параллельно (большие токи) или последовательно (малые токи). Плавная регулировка внутри каждой ступени происходит за счет изменения зазора 13 EMBED Equation.3 1415 в дросселе.
Главный недостаток трансформаторов этого типа является наличие дросселя, который по своим размерам не отличается от трансформатора и имеет массу, равную 60ч65% массы трансформатора. Трансформаторы с дросселем по сварочным свойствам и по массогабаритным характеристикам уступают трансформаторам с увеличенными магнитными полями рассеяния, поэтому в настоящее время не производятся.

89. Понятие концентрации напряжений. Концентраторы напряжений в сварных соединениях, пути их предотвращения.
Концентрация напряжений проявляется в том, что при приложении рабочих нагрузок (напряжений) в районах геометрических неоднородностей (концентраторов) наблюдается увеличение напряжений по сравнению с их средним уровнем. Такого рода увеличение напряжений может ослабить несущую способность сварной конструкции.
Концентраторами напряжений могут быть прорези, канавки, отверстия, галтели и т.д., в сварных соединениях это – поры, трещины, шлаковые включения, несплавления кромок, подрезы. Сами сварные швы, как правило, представляют собой геометрическую неоднородность и являются, таким образом, концентраторами напряжений.
Эффективность концентратора оценивается теоретическим коэффициентом концентрации напряжений (
·
·), который представляет собой отношение напряжения в районе концентратора (
·) к среднему напряжению (
·0).
Пути предотвращения:
Проектирование сварных соединений с формой и очертаниями сварных швов, обеспечивающих наиболее равномерное распределение напряжений. Плавные переходы от наплавленного металла к основному достигаются при использовании автоматических способов сварки, а также последующей обработке резцом, фрезой, абразивным кругом.
Снятие остаточных напряжений.
Использование деконцентраторов. Около зон шва, где образуется высокая концентрация напряжений, вызванная процессом сварки, создают искусственные деконцентраторы, например, высверливают отверстия таким образом, чтобы они на наиболее напряженных растянутых зонах вызвали напряжения и уменьшили бы остроту первоначальных концентраторов.


















90. Сварка трением. Сущность метода. Параметры процесса. Область применения.
Сварка трением является разновидностью сварки давлением, при которой механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в тепловую, при этом генерирование тепла происходит непосредственно в месте будущего соединения.
Тепло может выделяться при вращении одной детали относительно другой, вставки между деталями, при возвратно-поступательном движении деталей в плоскости стыка относительно малыми амплитудами и при звуковой частоте и т.д. Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением Р. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения.
По мере увеличения частоты вращения свариваемых заготовок при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых пленок. Граничное трение уступает место сухому. В контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков, между которыми мгновенно формируются металлические связи и немедленно разрушаются вследствие относительного движения поверхностей.
Этот процесс происходит непрерывно и сопровождается увеличением фактической площади контакта и быстрым ростом температуры в стыке. В зоне стыка появляется тонкий слой пластифицированного металла, выполняющего как бы роль смазочного материала. Под действием сжимающего усилия происходит вытеснение металла из стыка и сближение свариваемых поверхностей (осадка). Контактные поверхности оказываются подготовленными к образованию сварного соединения: металл в зоне стыка обладает низким сопротивлением высокотемпературной деформации, оксидные пленки утонены, частично разрушены и удалены в грат, соединяемые поверхности активированы. Осадка сопровождается образованием металлических связей по всей поверхности. Основными технологическими параметрами процесса сварки трением являются: частота (скорость) вращения, удельное давление в процессе нагрева и проковки, время нагрева и величина осадки деталей.
Сварка трением перемешиванием. Процесс сварки при этом способе происходит следующим образом. Специальный вращающийся инструмент, состоящий из утолщенной части - заплечика и выступающей части - штыря, в месте стыка вводится с прижимающим усилием в соприкосновение с поверхностью зафиксированных на массивной подкладке соединяемых заготовок.
В результате трения штыря и заплечика о заготовку выделяется тепло, которое доводит металл вокруг инструмента до пластичного состояния. Штырь при этом внедряется в заготовки, а заплечик касается их поверхности.
Затем инструменту сообщают поступательное движение со скоростью сварки, и материал заготовок, перемещаясь из зоны нагрева в зону охлаждения, огибает штырь и образует соединение.
С помощью сварки трением в настоящее время изготавливаются узлы для автомобилей, тракторов, детали подъемно-транспортных и бурильных машин: гидравлический поршневой шток, поршень со штоком, оси катков транспортера; инструменты.

91. Оборудование и способы резки профильного проката.
Отрезные станки применяются для резки профилей, которые невозможно резать на ножницах, например под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность резки.
В производстве деталей сварных конструкций применяются отрезные станки с дисковыми пилами, труборезные станки, а также станки с шлифовальными отрезными кругами.






































92. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Область применения. Параметры режима сварки, их выбор. Техника сварки. Способы заполнения разделки кромок.
Ручной дуговой сваркой покрытыми электродами свариваются углеродистые, низколегированные, легированные и высоколегированные стали, а также чугуны и цветные металлы
Сущность способа. Источником тепловой энергии служит электрическая дуга, горящая между покрытым металлическим электродом и свариваемым металлом. Питание дуги может осуществляться от источника постоянного или переменного тока. Дуга горит между металлическим стержнем и основным металлом. Металлический стержень плавится и стекает каплями в сварочную ванну. Покрытие электрода также плавится, при этом образуется газовая атмосфера, защищающая зону горения дуги и расплавленный металл от взаимодействия с воздухом. Часть покрытия при плавлении образует шлак, который покрывает капли расплавленного электродного металла и расплавившийся основной металл. Шлак также защищает расплавленный металл от взаимодействия с воздухом и обеспечивает его металлургическую обработку. Расплавившийся основной и присадочный металлы образуют сварочную ванну, покрытую шлаком. По мере перемещения электрода сварочная ванна кристаллизуется, формируя сварной шов.
Основными параметрами являются диаметр электрода, сила сварочного тока, род и полярность тока. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. Сила сварочного тока является главным технологическим параметром. От силы сварочного тока зависят размеры сварочной ванны, глубина проплавления и производительность процесса. Сила сварочного тока связана с диаметром электрода соотношением: I = (j
·d2)/4, где j - плотность тока. Силу сварочного тока можно определить по следующим зависимостям: для электродов 3-6 мм: Iсв = (20 +6 dэ)dэ; для электродов диаметром менее 3 мм: Iсв = 30dэ
Род сварочного тока и полярность постоянного тока выбирают в соответствии конкретным маркам электродов. Сварку можно выполнять переменным током и постоянным током прямой и обратной полярности. Постоянный ток любой полярности повышает по сравнению с переменным током тепловую мощность дуги, а постоянный ток прямой полярности помогает формированию обратной стороны валика корневого слоя шва. Переменный ток позволяет избежать магнитное дутье дуги. При сварке на обратной полярности на электроде выделяется больше теплоты. Исходя из этого, сварку металлоконструкций из тонкого металла легче выполнять на обратной полярности.
Напряжение дуги является фактором определяющих тепловую мощность дуги, и размеры сварочной ванны. С ростом напряжения ширина ванны увеличивается. Для зажигания дуги необходимо напряжение не менее 50В. В процессе сварки оно снижается за счет ионизации дугового промежутка и обычно связано с силой сварочного тока соотношением: UД=20+0,04Iсв.
При ручной сварке большое влияние на качество сварных соединений оказывает длина дуги – параметр, напрямую, связанный с напряжением дуги. Значение длины дуги lд=(0.5-1.1)dэ.
Техника сварки. Зажигание сварочной дуги производится кратковременным прикосновением конца электрода к изделию. В результате протекания тока короткого замыкания и наличия контактного сопротивления торец электрода быстро нагревается до высокой температуры, при которой после отрыва электрода происходит ионизация газового промежутка и возникает сварочная дуга.
В процессе сварки электроду сообщается движение в трех направлениях. Первое движение поступательное, направлено по оси электрода. Этим движением поддерживается постоянная длина дуги в зависимости от скорости плавления электрода. Второе движение перемещение электрода вдоль оси валика для образования шва. Скорость этого движения устанавливается в зависимости от силы тока, диаметра электрода, скорости его плавления, вида шва и других факторов. Третье движение - перемещение электрода поперек шва для получения требуемых ширины шва и глубины проплавления. Поперечные колебательные движения конца электрода определяются формой разделки, размерами и положением шва, свойствами свариваемого материала, навыком сварщика. Расположение электрода по отношению к поверхности свариваемого металла оказывает существенное влияние на форму и качество шва. Изменяя угол наклона электрода, сварщик увеличивает или уменьшает глубину проплавления основного металла.
При многопроходной сварке стыковых швов с V-образной разделкой кромок обеспечивается хороший провар корневого шва, который выполняется без поперечных колебаний. Дальнейшее заполнение разделки осуществляется с поперечными колебаниями его конца. Заполнение разделки выполняется отдельными швами (слоями) шириной на всю разделку. Сварку швов с Х- образным скосом кромок выполняют практически так же, как и с V- образной разделкой, однако для уменьшения уровня остаточных деформаций, если имеется возможность, каждый шов выполняется с противоположной стороны. Для сварки угловых швов в нижнем положении используют два приема. Сварка вертикальным электродом «в лодочку» обеспечивает наиболее благоприятную форму шва и снижет возможность образования дефектов в корне.
93. Принцип расчёта температуры при действии мощных быстродвижущихся источников.
В сварочной технике часто применяются мощные источники теплоты, осуществляющие сварку с весьма большими скоростями. В предельном случае, когда q и v стремятся к бесконечности, в то время как отношение q/( сохраняет некоторое конечное значение (q((; (((; q/(=const), распространение теплоты приобретает особенности, позволяющие значительно упростить расчетные схемы. В частности, скорость распространения теплоты в теле за счет теплопроводности, можно считать пренебрежимо малой по сравнению со скоростью перемещения источника теплоты. Тогда тепловые потоки вдоль оси х (параллельно направлению движения источника нагрева) можно не учитывать и предполагать, что теплота распространяется только перпендикулярно ему. Это позволяет снизить размерность задачи и упрощает расчетные выражения. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало, что схема быстродвижущегося источника теплоты применима при скорости перемещения электрической дуги или электронного луча более 2025 м/ч.
Определение температурного поля выполняют по уравнениям:
для точечного источника 13 EMBED Equation.3 1415;
для линейного источника 13 EMBED Equation.3 1415.
где t – время, отсчитываемое от момента, когда источник тепла пересек плоскость y00z0, в которой находится рассматриваемая точка; y0 , z0 – неподвижные координаты рассматриваемой точки.





















94. Регуляторы напряжения дуги с воздействием на Vп.п..
В схему системы АРНД в отличие от АРДС дополнительно входит особое устройство (регулятор), стабилизирующее напряжение дуги путем принудительного измерения скорости подачи электрода Vп. Скорость подачи Vп определяется напряжением на якоре двигателя Uдв, питаемого от генератора Г. Напряжение на якоре генератора Uг=Uдв зависит от разницы магнитных потоков Ф2 – Ф1, наводимых в обмотках возбуждения
·1 и
·2 генератора протекающими по ним токами. Поток Ф2 пропорционален Uд; при его увеличении увеличиваются Uг и Vп.
Принципиальная схема системы АРНД с воздействием на скорость подачи проволоки
Поток Ф1 определяется настройкой потенциометра Rр1 и напряжем установки Uз. Направление потока Ф1 встречно направлению потока Ф2. В установившемся режиме, когда Vп =Vд, поток Ф2 > Ф1 на величину
·Ф0, достаточную для преодоления статического момента сопротивления во всех механических узлах автомата. С возникновением возмущения по напряжению дуги
·Uд>0 поток Ф2 увеличится, увеличится и разность
·Ф0, что, в свою очередь, повысит скорость подачи электродной проволоки на
·Vп. Торец электрода будет приближаться к изделию, уменьшая lд и снижая Uд.
Сравнительная оценка систем АРДС и АРНД показала, что автоматы на основе АРДС значительно проще, дешевле и надежнее, чем обусловлено их широкое распространение. Автоматы на основе системы АРНД можно рекомендовать в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к точности стабилизации напряжения дуги, например при наплавке легированного слоя, при сварке и наплавке керамическим флюсом; недостаточно быстродействие саморегулирования для нормального процесса (например, процесс при малой плотности тока и при малых коэффициентах kпс питающей системы); вероятны и технологически неизбежны большие колебания длины вылета (сварка по уклону); в системе АРДС не удается обеспечить требуемой точности стабилизации скорости вращения приводного двигателя (например, при «мягкой» механической характеристике двигателя).











95. Стойки. Принципы расчета и конструирования.
Стойками называются элементы, работающие преимущественно на сжатие. К основным этапам расчета и проектирования стоек можно отнести:
выбор материала стойки;
расчет и конструирование сечения стойки;
проверка устойчивости стойки;
расчет и конструирование соединительных элементов и диафрагм;
расчет и конструирование оголовка;
расчет и конструирование базы;
расчет и конструирование сварных соединений стойки.
Из выше перечисленных этапов следовало бы выделить расчет и конструирование сечения стойки с проверкой ее устойчивости.
Расчет на прочность и устойчивость стоек, работающих при центральном сжатии, производится по формуле 13 EMBED Equation.3 1415, где N – продольная сила в стойке; F – площадь поперечного сечения стойки; ( - коэффициент продольного изгиба, имеющий значение < 1. При этом произведение F( называют приведенной площадью сжатого элемента.
Сложность подбора сечения сжатого элемента при заданном усилии N состоит в том, что допускаемое напряжение при сжатии зависит от коэффициента продольного изгиба (, а он в свою очередь зависит от поперечного сечения стойки, но сечение еще не подобрано. Поэтому для подбора поперечного сечения стоек используют способ последовательных приближений. Первоначально задаются коэффициентом (=0,5 – 0,8, в зависимости от рода конструкции; в первом приближении можно принять усредненное значение, например (=0,65. по заданному коэффициенту (1 определяют требуемую величину площади поперечного сечения стойки по зависимости 13 EMBED Equation.3 1415. Затем проектируют условное сечение F2; находят в нем наименьшую величину момента инерции Jmin; наименьшую величину радиуса инерции 13 EMBED Equation.3 1415;
наибольшую гибкост 13 EMBED Equation.3 1415,
и коэффициент (2, соответствующий найденному значению (max.
Определяют напряжения в спроектированном сечении:
13 EMBED Equation.3 1415. Сечение считается подобранным рационально, если 13 EMBED Equation.3 1415







96. Защита конструкции от прилипания брызг металла в процессе сварки.
Чтобы избежать прилипания брызг, свариваемый металл следует покрывать на расстоянии по 100 мм по обе стороны стыка защитным слоем. Можно использовать покрытия МВ (мел 30–40%, вода 70–60%), МЖС (мел 30%, жидкое стекло 70%) или ЦЖС (циркон 20–35%, жидкое стекло 65–80%). Так же применяются защитные экраны, кожухи и специальные составы на основе силикона (требует последющего обезжиривания), поверхностно активных веществ выпускаемых промышленно.






































97. Дуговая сварка под флюсом. Основные параметры режимов сварки, их выбор.
Сущность процесса дуговой сварки под флюсом заключается в применении непокрытой сварочной проволоки и гранулированного флюса, насыпаемого впереди дуги слоем толщиной 30-50 мм.
Дуга горит между концом электрода и изделием. Перемещение дуги по шву осуществляется самоходной сварочной тележкой. Под действием тепла, выделяемого сварочной дугой, плавятся электродная проволока и металл свариваемого изделия, а также примыкающая к дуге часть флюса. В области горения дуги образуется газовый пузырь, ограниченный в верхней части оболочкой расплавленного флюса, а в нижней сварочной ванной. Газовый пузырь заполнен парами металла, флюса и газами. Под электродом образуется кратер с тонким слоем расплавленного металла, а основная масса расплавленного металла занимает пространство от кратера до поверхности шва, располагаясь наклонным слоем. Расплавленный флюс вследствие значительно меньшей плотности, всплывает на поверхность расплавленного металла шва и покрывает его плотным слоем. По мере поступательного движения электрода металлическая и шлаковая ванны затвердевают с образованием сварного шва, покрытого твердой шлаковой коркой.
Основными параметрами режима сварки под флюсом являются диаметр сварочной проволоки, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость сварки, вылет электрода, род тока и полярность.
Диаметр электродной проволоки оказывает большое влияние на размер и форму сварного шва. Уменьшение диаметра проволоки при том же токе приводит к уменьшению подвижности столба дуги и, как следствие, к увеличению глубины провара и уменьшению ширины шва. Диаметр проволоки зависит от толщины свариваемого металла и способа сварки. Для полуавтоматической сварки диаметр проволоки обычно принимают 1,6; 2,0 мм, для автоматической 2 – 6 мм.
Сила сварочного тока является параметром, позволяющим наиболее эффективно повышать мощность дуги и производительность процесса сварки. За счет изменения силы тока изменяют глубину провара основного металла. На ширину шва сила тока влияет незначительно. Увеличение глубины проплавления с ростом силы тока обусловлено увеличением тепловой мощности и давления столба дуги.
Род и полярность тока влияют на форму и размеры шва. При сварке на постоянном токе обратной полярности глубина проплавления на 40% больше, чем при сварке на прямой полярности. При сварке на переменном токе глубина провара на 15-20% ниже чем при сварке на постоянном токе обратной полярности. Это объясняется формой столба дуги. Анодное пятно занимает большую площадь по сравнению с катодным. Поэтому ширина ванны на прямой полярности возрастает. Род и полярность тока заметно влияют на скорость плавления, на обратной полярности она ниже на 20 – 30 %, чем на прямой.
Напряжение дуги зависит в основном от длины дуги и состава газов, заполняющих дуговой промежуток. Чем больше длина дуги, тем больше и напряжение. Увеличение напряжения дуги приводит к увеличению ее подвижности, в результате чего значительно возрастает ширина шва, заметно снижается выпуклость шва, а глубина проплавления остается почти постоянной. При увеличении толщины свариваемого металла увеличение силы тока должно сопровождаться соответствующим повышением напряжения.
Увеличение скорости перемещения дуги до 40 – 50 м/ч приводит к увеличению горизонтальной составляющей давления дуги на расплавленный металл сварочной ванны. Толщина слоя жидкого металла под дугой уменьшается, тепловое действие дуги на основной металл возрастает, глубина проплавления увеличивается, несмотря на уменьшение погонной энергии. При дальнейшем увеличении скорости перемещения дуги, влияние уменьшения погонной энергии становится преобладающим, глубина провара уменьшается. Ширина валика и выпуклость при возрастании скорости перемещения дуги уменьшаются.

98. Дуговая сварка в защитных газах
Сварка в защитных газах включает в себя группу способов сварки, для которых защита расплавленного металла от атмосферы осуществляется путём подачи в зону горения дуги через сварочную горелку газа, вытесняющего из этой зоны воздух. Способы сварки в защитных газах отличаются друг от друга видом применяемого газа, а также схемами процесса. Наиболее распространены две схемы – сварка плавящимся и сварка неплавящимся электродом. В качестве защитного могут использоваться активные газы – СО2 и смесь СО2 + О2, инертные газы Ar, He, а также смеси инертных и активных газов Ar + СО2; Ar + СО2 + О2; Ar + О2. Сварка неплавящимся электродом производится только в инертных газах. Это объясняется быстрым окислением и низкой стойкостью неплавящегося электрода в активных газах.
Качество защиты нагретого и расплавленного металла при сварке зависит не только от вида защитного газа, но и от способа защиты. В производстве сварных конструкций находят применение три основных способа защиты свариваемого узла или зоны сварки от взаимодействия с воздухом: общая защита, местная защита и струйная защита.
При общей защите свариваемый узел полностью помещают в камеру, которая затем вакуумируется и заполняется защитным газом. При работе сварщик находится вне камеры.
Как правило, вытекающая из сопла горелки сплошная струя защитного газа симметрична оси электрода. Выходящая из сопла горелки струя защитного газа смешивается с окружающим его воздухом, в результате чего зона чистого защитного газа исходного состава (ядро) представляет собой сужающийся конус, к которому примыкает периферийная зона с промежуточным составом газа.
Защитные свойства газовой струи зависят от теплофизических свойств газа и параметров его истечения. С увеличением плотности защитного газа повышается устойчивость его струи, что затрудняет ее «сдувание» внешними потоками воздуха или других газов.
Сварка в инертных газах производится неплавящимся вольфрамовым электродом или плавящимся электродом, по химическому составу близким к составу свариваемого материала, она может осуществляться вручную, полуавтоматически и автоматически.
Этот вид сварки удобен для выполнения соединений в любых пространственных положениях, легко поддается механизации, позволяет наблюдать за сварочной ванной в процессе работы, имеет довольно высокую производительность, достигающую при ручной сварке 40-50 м/ч, а при автоматической 200 м/ч.
В производстве сварных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей широкое применение находит полуавтоматическая, меньше – автоматическая сварка в углекислом газе. Сущность сварки в среде CO2 состоит в том, что дуга горит в среде защитного газа, оттесняющего воздух от зоны сварки и защищающего расплавленный металл от кислорода и азота воздуха





99. Принцип устройства лазеров. Особенности технологи сварки.
При лазерной сварке в качестве источника тепла используется интенсивный остронаправленный пучок света, излучаемый оптическим квантовым генератором.
В основу принципа работы оптического квантового генератора и усилителя положено индуцированное излучение, которое связано с поглощением электромагнитных волн или фотонов атомными системами. При поглощении фотона его энергия передается атому, который переходит в возбужденное квантовое состояние. Через некоторый промежуток времени атом может спонтанно излучить эту энергию в виде фотона и возвратиться в основное состояние. Пока атом находится в возбужденном состоянии, его можно побудить испустить фотон под воздействием внешнего фотона ("падающей волны"), энергия которого в точности равна энергии фотона, испускаемого при спонтанном излучении. Такое излучение называется индуцированным. В результате падающая волна усиливается волной, излучаемой возбужденным атомом. Важным в этом процессе является то, что испускаемая волна в точности совпадает по фазе с той, под действием которой она возникла. Это явление используется в квантовых усилителях. Квантовые генераторы преобразуют электрическую, световую, тепловую или химическую энергию в монохроматическое когерентное излучение электромагнитных волн: ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазона.
Принцип работы оптического квантового генератора целесообразно рассмотреть на примере лазера, использующего рубин в качестве излучателя. Рубин - это окись алюминия, в которой небольшое число атомов алюминия замещено атомами хрома. Обычно в квантовых генераторах используют бледно-розовый рубин, содержащий 0,05 % хрома.
Используемый в лазере розовый кристалл рубина обрабатывается в виде стержня. Его торцы полируют до получения оптически плоской поверхности, затем их подвергают серебрению для получения отражающих поверхностей. Выходной конец кристалла является полупрозрачным. Рубиновый стерженек помещают вблизи электронной лампы вспышки, служащей источником широкополосного света для оптической накачки. В квантовом генераторе на кристалле рубина атомы хрома, находящиеся в исходном состоянии (1), поглощают фотоны и переходят на один из расположенных выше уровней (2). Часть энергии они передают кристаллической решетке, вызывая повышение температуры, и переходят при этом на метастабильный уровень (3).
Затем под действием индуцирующих фотонов, испускаемых другими атомами хрома, они излучают фотоны характеристической длины волны, возвращаясь опять в исходное состояние.
При освещении лампой (вспышками) рубинового стержня большинство атомов хрома переводится в возбужденное состояние. При спонтанном испускании возбужденным атомом фотона параллельно оси кристалла фотон побуждает другой возбужденный атом испустить второй фотон (индуцированный). Этот процесс продолжается лавинообразно, поскольку фотоны, отражаясь от торцов кристалла, движутся по кристаллу в осевом направлении. Интенсивность пучка растет в результате многократного отражения от обоих торцов стержня. В этом случае, если интенсивность света от импульсной лампы превысит некоторый критический уровень, начинает появляться эффект квантового усиления, и тогда с полупрозрачного торца в течение тысячных долей секунды выбрасывается интенсивный поток фотонов. Выходной пучок является узконаправленным, мощным, монохроматическим и когерентным.
Излучение является узконаправленным вследствие того, что испускаются волны, лишь многократно отраженные и не испытавшие сколько-нибудь существенного отклонения от оси рубина. Излучение является мощным, так как индуцированное излучение возбужденных атомов происходит гораздо раньше, чем произошло бы спонтанное излучение.
Преимущества лазерной сварки: Возможность получения швов с минимальным расплавлением металла и, как следствие, минимальными остаточными напряжениями и деформациями в конструкциях. Кроме того, при этом удается достичь минимума отрицательного воздействия на структуру и свойства зоны термического влияния соединения. Возможность сварки вне вакуума, через прозрачные среды, в труднодоступных местах.
Недостатки лазерной сварки: Относительно низкий КПД лазерных установок. Значительно меньшие мощность и возможность сварки металлов больших толщин по сравнению с ЭЛС.
Особенности технологии лазерной сварки связаны, в основном, с необходимостью снизить отражение луча от поверхности свариваемого металла, исключить выброс металла из сварочной ванны под воздействием паров интенсивно испаряющегося металла и выделяющихся из него газов, при сварке больших толщин металлов - с необходимостью защиты сварочной ванны от взаимодействия с воздухом.
100. Причины возникновения перемещений сварных конструкций балочного типа. Способы предотвращения перемещений.
Перемещение - изменение координаты точки изделия в пространстве.
При сварке, например, таврового профиля, точки в районе сварного шва на вертикальной стенке нагреваются больше, чем на горизонтальной полке. Это происходит потому, что теплоотвод от района шва в полке происходит в две стороны, а в стенке - в одну. В результате продольное перемещение точек стенки превосходит перемещение точек полки, а разница перемещений
·х фиксируется кристаллизующимся швом. Аналогичные явления возникают при сварке внахлестку.
Чтобы избежать негативных последствий относительного продольного смещения свариваемых элементов, например, в длинномерных мостовых балках, принимают меры по регулированию теплоотвода в отдельные элементы.
Перемещения
·х несмотря на их малые абсолютные значения, могут заметно влиять на остаточное скручивание свариваемых элементов.
Кручение сварных конструкций наиболее часто наблюдается при изготовлении балок, рам, панелей. В качестве примеров этого явления можно привести искажения формы крестообразной и коробчатой балок (рис.).
Относительное смещение свариваемых элементов
·х, являясь причиной скручивания при сварке швов 1 и 4 балки коробчатого сечения, закручивает балку в одну сторону, а при сварке швов 2 и 3 - в другую. Однако, результирующее скручивание не равно нулю в связи с неодновременностью заварки швов. Более того, если швы 1 и 4 сварить в одном направлении, а швы 2 и 3 - в противоположном, то закручивание от всех четырех швов суммируется.

















101. Необходимость назначения полной термической обработки для сварных конструкций.
В зависимости от размеров сварной конструкции, деформируемости ее при высокотемпературном нагреве, предъявляемых к соединениям требований, наличия оборудования для термообработки, а также экономичности изготовления конструкции сварные соединения из среднелегированных сталей могут подвергаться и не подвергаться термообработке. Технология сварки существенно зависит от вида термообработки соединений после сварки.
Сварные соединения из среднелегированных сталей подвергают полной термообработке (закалке с последующим отпуском) во всех случаях изготовления ответственных и тяжелонагруженных конструкций, когда это возможно. Последующую полную термообработку производят, если позволяют габаритные размеры конструкций и обеспечиваются условия предупреждения деформаций при термообработке.
Закалка - это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение. В зависимости от вида фазовых превращений, происходящих в сплаве при закалке, различают закалку с полиморфным превращением и закалку без полиморфного превращения.
Закалка с полиморфным превращением. Этот вид закалки применяется для сплавов, в которых один из компонентов имеет полиморфные превращения.
При закалке с полиморфным превращением нагрев металла производится до температуры, при которой происходит смена типа кристаллической решетки в основном компоненте. Образование высокотемпературной полиморфной структуры сопровождается увеличением растворимости легирующих элементов. Последующее резкое охлаждение ведет к обратному изменению типа кристаллической решетки, однако из-за быстрого охлаждения в твердом растворе остается избыточное содержание атомов других компонентов, поэтому после такого охлаждения образуется неравновесная структура. В металле сохраняются внутренние напряжения. Они вызывают резкое изменение свойств, увеличивается прочность, уменьшается пластичность. Именно по этой причине после закалки применяют отпуск
Отпуск - термообработка, направленная на уменьшение внутренних напряжений в сплавах после закалки с полиморфным превращением. Образование вторичных фаз после закалки с полиморфным превращением всегда опровождается резким увеличением внутренних. Соответственно максимально увеличиваются прочность и твердость, до минимума падает пластичность. Чтобы получить необходимое соотношение прочности и пластичности, такой сплав после закалки подвергают дополнительной термообработке: отпуску. Нагрев вызывает уменьшение концентрации легирующих элементов в твердом растворе и выделение вторичных фаз.





102. Сварка в среде СО2 . Металлургические процессы при сварке. Параметры режима сварки. Техника сварки.
В производстве сварных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей широкое применение находит полуавтоматическая, меньше – автоматическая сварка в углекислом газе. Сущность сварки в среде CO2 состоит в том, что дуга горит в среде защитного газа, оттесняющего воздух от зоны сварки и защищающего расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Полуавтоматическую сварку в углекислом газе применяют в единичном, мелкосерийном и реже – в серийном производстве для выполнения непротяженных швов изделий небольшой толщины.
Преимущества этого способа сварки: повышение производительности по сравнению с ручной сваркой в 1,2-1,5 раза; возможность сварки в любом пространственном положении и стыковых швов «на весу»; высокая маневренность и мобильность; возможность визуального контроля за направлением дуги по стыку. Недостатки: разбрызгивание металла на токах 200-400 А и необходимость удаления брызг; затруднено использование на открытом воздухе; внешний вид шва хуже, чем при сварке под флюсом.
Состав вдуваемого в зону сварки углекислого газа изменяется в результате его диссоциации, взаимодействия с металлом, смешивания с газами и парами, выделяющимися из переплавляемого дугой металла, и смешивания с парами и газами, образующимися в результате нагрева веществ, загрязняющих поверхность электродной проволоки и основного металла. Изменение состава защитного газа в зоне сварки за счет термической диссоциации углекислого газа: CO2(CO+0,5O2
Окисление металла и легирующих компонентов сплава может протекать двумя путями: непосредственно углекислым газом или кислородом, образующимся в результате термической диссоциации углекислого газа Me + CO2=CO + MeO, Me + 0,5O2=MeO. Но в то же время большая концентрация CO будет тормозить этот процесс и кроме того задерживать окисление углерода стали. Диссоциация паров воды, поступившей из-за повышенной влажности CO2, тоже будет тормозиться вследствие высокой концентрации кислорода, полученного при диссоциации CO2: 2H2O ( 2H2 + O2. На участках, удаленных от оси столба дуги, будет происходить рекомбинация молекул CO2 с большим выделением тепловой энергии, которая раньше расходовалась на диссоциацию газа: 2CO + O2 ( 2CO2.
В целом, приведенный выше анализ процессов, протекающих в газовой фазе реакционной зоны, дает основание утверждать, что углекислый газ является сильным окислителем и при сварке в СО2 формируется окислительная атмосфера, которая взаимодействует с металлом и легирующими элементами, окисляя их.
К основным параметрам сварки относятся полярность тока (обычно обратная), диаметр электродной проволоки, сила тока, напряжение дуги, скорость сварки. Переменный и постоянный прямой полярности токи не применяются из-за недостаточной устойчивости процесса и неудовлетворительного качества и формы шва.
Параметром, оказывающим большое влияние на процесс сварки, является сварочный ток. Повышение силы тока вызывает увеличение глубины проплавления, при этом количество наплавленного металла возрастает медленнее, чем проплавление и доля электродного металла в металле шва существенно уменьшается. Последнее значительно увеличивает возможность появления горячих трещин в металле швов, выполненных на сталях с повышенным содержанием углерода. Ширина шва с повышением силы тока сначала увеличивается, а затем несколько уменьшается. Оптимальные режимы сварки соответствуют максимальной ширине шва.
Силу сварочного тока устанавливают в зависимости от диаметра проволоки и требуемой глубины проплавления. Регулировку силы тока осуществляют путем изменения скорости подачи проволоки и напряжения на дуге. С увеличением напряжения увеличивается общая длина дуги и ширина шва, уменьшается высота валика усиления.
Расход защитного газа зависит от скорости и условий сварки, а также от типа сварного соединения.
Существенное влияние на скорость плавления при малых диаметрах электродной проволоки и большой плотности тока оказывает вылет электрода. С увеличением вылета электрода скорость плавления возрастает, так как количество тепла, выделяющееся в вылете электрода под действием сварочного тока, пропорционально сопротивлению вылета электрода.
Стыковые соединения металла толщиной 0,8-1,2 мм можно сварить полуавтоматом на медных или стальных подкладках, а также на весу. При сварке на подкладке необходимо обеспечить плотное прилегание листов к подкладке. Сварку изделий малых толщин рекомендуется выполнять в вертикальном положении сверху вниз. Металл толщиной более 3 мм обычно сваривают с двух сторон. Длина вылета электрода устанавливается примерно равной 10 диаметрам электрода. При сварке металла большой толщины лучше заполнять разделку более узкими валиками на большей скорости, чем наоборот.
103. Технология и оборудование для изготовления обечаек точных размеров.
Для уменьшения деформаций применяют обратные деформации (обратный выгиб) свариваемого изделия. Обратные деформации создают искусственным путем, т. е. перед сваркой изделие деформируют (выгибают) в направлении, противоположном направлению деформации при сварке.
При проектировании элементов сборочно-сварочной оснастки величину обратной деформации принимают равной половине величины деформаций, возникших при сварке изделия в свободном (незакрепленном) состоянии. Угловые деформации устраняют либо наклонным расположением свариваемых листов, либо отгибом кромок.
Существенное влияние на величину сварочных деформаций оказывает процесс сборки изделия. Принудительная подгонка деталей при сборке недопустима. Начальные напряжения в собранных деталях, вызываемые принудительной подгонкой их при сборке, снижают эффективность средств борьбы с деформациями.
Сварка кольцевых швов на трубопроводах сопровождается возникновением упругопластических деформаций в зоне сварного шва, что неблагоприятно отражается на протекании сварочного процесса. Поэтому для поджатия изделий в станке (кантователе) нельзя применять обычные жесткие вращающиеся центра. Поджимные вращающиеся центра для сварочных работ должны иметь плавающее (упругое) исполнение с регулируемым усилием поджима. Конструкция этих центров не препятствует свободной деформации изделий при их нагреве и охлаждении, обеспечивая надежное их закрепление, и снижает остаточные упругопластические деформации в зоне нагрева. Такими свойствами обладает, например, поджимной вращающийся центр.
Даже незначительное отклонение от геометрии стыкуемых кромок при сварке оболочек вызывает заметное снижение прочности. Иногда для одинаковых сварных швов в оболочках из различных материалов требуются совершенно различные способы устранения деформаций и перемещений. Например, при сварке на подкладном кольце круговых швов сферических тонких оболочек может произойти либо сокращение длины зоны сварного шва - для стальных и титановых оболочек, либо удлинение этой зоны - для оболочек из алюминиевых сплавов.
Некоторое снижение деформаций происходит при сварке с наружными бандажами, которые оказывают удерживающее механическое воздействие на кромки, а также способствуют теплоотводу от мест сварки. Необходимость иметь доступ к сварным швам вынуждает располагать бандажи (наружные) на расстоянии не менее 30 мм от кромок, в результате чего частично предотвращается перемещение кромок.
Эффективным способом предотвращения перемещений при сварке кольцевых швов является прижим кромок к подкладному кольцу роликом, перекатывающимся по поверхности стыка перед сварочной дугой.. Прижим осуществляется двойным роликом диаметром 30 мм с точкой прижима на расстоянии 3035 мм от электрода. Давление на ролик создается пружинным механизмом, установленным на консольном автомате. Приспособление устанавливают вдоль консоли автомата, нагрузка передается только по плоскости ее продольной оси.

104. Подвижный линейный источник теплоты в бесконечной пластине. Термический цикл сварки.
Бесконечная пластина представляет собой тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями z=0 и z=(. При использовании этой схемы всегда предполагают, что температура по толщине листа равномерна, а теплота может распространяться только в плоскости с координатными осями х и у.
Мгновенный линейный источник теплоты. Представляет собой комбинацию мгновенных точечных источников, действующих одновременно и расположенных по линии. Распределение q по линии действия ряда мгновенных точечных источников может выражаться различными функциями. Равномерное распределение q по линии (рис. 7, а) означает действие мгновенного линейного источника. В случае распределения q по нормальному закону (рис. 7, б) имеем нормально-линейный мгновенный источник.
Температурное поле в пластине, от мгновенного линейного источника при отсутствии теплоотдачи получается путем интегрирования температурных полей от мгновенных точечных источников
13 EMBED Equation.3 1415.
После преобразований и замены q1 = q/z находим
13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415- плоский радиус-вектор (расстояние от рассматриваемой точки до мгновенного источника теплоты); t – время отсчитываемое от момента начала действия мгновенного источника.
Температурное поле симметрично относительно оси z. Теплота распространяется относительно оси z равномерно в плоскости хОу.
Термический цикл сварки резко отличается от простого термического цикла обычной термической обработки. Термический цикл сварки характеризуется: 1) быстрым нагревом металла до температуры плавления (для точек, лежащих у линии сплавления); 2) малой продолжительностью нагрева до высоких температур;
3) быстрым охлаждением металла от высоких температур с уменьшением скорости охлаждения по мере падения температуры;
4) уменьшением максимальной температуры нагрева по мере удаления от оси шва.










105. Импульсное управление переносом металла.
Сущность импульсно-дуговой сварки состоит в том, что сварочный ток в зону дуги подается кратковременными импульсами. Этот способ сварки может применяться при использовании как плавящегося, так и неплавящегося электрода.
Применение импульсов тока при дуговой сварке дает следующие преимущества:
качественное формирование сварного шва при сварке на весу и уменьшение опасности образования прожогов;
стабильный перенос металла при сварке плавящимся электродом.
Для импульсно-дуговой сварки пульсирующим током применяются специальные источники питания (ВСВУ-315, ВСВУ-630 и т. д.) с регулируемой величиной импульса и паузы сварочного тока по амплитуде и времени.
Для получения управляемого переноса металла применяется дополнительный импульсный генератор, состоящий, как правило, из управляемого выпрямителя и конденсатора.
Обычно число импульсов, поступающих на сварочную дугу, равно частоте питающей сети (50 Гц) или вдвое больше (100 Гц).
Использование импульсов тока бывает весьма эффективным при сварке плавящимся электродом. Импульсы тока, посылаемые конденсатором на сварочную дугу, упорядочивают перенос металла в дуге. Например, увеличение тока в импульсе в   4   раза   увеличивает   усилия,   воздействующие   на   металл в 16 раз.
В результате подачи импульса тока капля жидкого металла отрывается от электрода и как бы стремительно летит вперед по направлению к оси электрода, вследствие чего упорядочивается перенос металла в сварочной дуге, улучшается формирование шва, возрастает глубина проплавления основного металла и улучшаются условия сварки в вертикальном и потолочном положениях.
Применение импульсно-дуговой сварки особенно важно при наложении корневого слоя, так как в этом случае обеспечивается стабильный провар свариваемых кромок без прожогов.
Импульсно-дуговую сварку эффективно используют при монтаже трубопроводов ответственного назначения. Применение этого вида сварки позволяет получать сварные швы, имеющие 100%-ный провар в корне шва и хорошо сформированный обратный валик. Получение хорошо сформированного обратного валика весьма важно для трубопроводов, внутренняя поверхность которых должна быть всегда чистой. Наличие хорошего обратного валика является показателем высокой прочности сварного соединения.









106. Тонколистовые оболочковые сварные конструкции. Выбор материала, схема расчета, конструктивное оформление.
С точки зрения конструктивного оформления сварных соединений и технологии изготовления понятие тонкостенности ограничивают толщинами 7 – 10 мм.
Тонкостенные сосуды из низкоуглеродистых и низколегированных сталей высокотехнологичны, так как не требуют последующей термообработки и обладают малой чувствительностью к концентраторам напряжений даже при низких температурах.
Использование более прочных сталей с
·В = 1200-1400 МПа (30ХГСА) со снижением массы конструкции увеличивает трудоемкость ее изготовления (обязательна термообработка, недопустимы нахлесточные соединения, жесткие требования к сборочно-сварочным операциям). Предельный уровень прочности материала – уровень прочности материала, выше которого теряется уверенность в надежной работе изделия. Такой уровень составляет 2000 МПа.
Стремление уменьшить массу конструкции заставляет использовать материалы с высокой удельной прочностью, например титановые сплавы. При 13 EMBED Equation.3 1415 = 1200 МПа их удельная прочность такая же, как у стали с 13 EMBED Equation.3 1415 = 2100 МПа. Титановые сплавы хорошо свариваются, обладают высокой коррозионной стойкостью, но требуют тщательного соблюдения технологии изготовления, включающей наличие защитной среды сварочной ванны, последующей термообработки для снятия остаточных напряжений.
В сосудах криогенной техники используют материалы, способные надежно работать при низких температурах, – хромоникелевые аустенитные стали с содержанием никеля более 7 % (12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т) и алюминиевые сплавы.
Тонкостенным сосудам, как правило, придают форму цилиндра для обеспечения высокотехнологичного конструктивного оформления сосуда или сферы, для придания сосуду минимальной массы при заданной емкости. Конструктивные элементы, из которых состоит сосуд, соединяют продольными, кольцевыми и круговыми швами.
Стенка сферического сосуда испытывает равноосное растяжение в двух направлениях: 13 EMBED Equation.3 1415,где p – давление внутри сосуда. Для цилиндрической стенки сосуда окружное напряжение превышает напряжение в осевом направлении в 2 раза, т.е. 13 EMBED Equation.3 1415.
Изменения толщины стенки при переходе от одного сечения к другому или изменения кривизны в местах сопряжений приводят к появлению изгибающих моментов и местному повышению напряжений.
Для низкоуглеродистых сталей характерно использовать любые типы сварных соединений. Использование таких материалов при изготовлении конструкций связано со снижением трудоемкости изготовления изделия. При изготовлении сосудов из высокопрочных сталей необходимо использовать стыковые соединения с плавными переходами от основного к наплавленному металлу. В основном сварку осуществляют с одной стороны на съемной подкладке с канавкой. При сварке в нижнем положении действия силы тяжести и давления дуги вызывают провисание сварочной ванны, форма проплава получается выпуклой – нет возможности обеспечить плавный переход от основного металла к проплаву. При выполнении шва в потолочном положении давление дуги уравновешивается силой тяжести металла сварочной ванны, что ведет к надежному проплавлению корня шва, шов получается заподлицо с основным металлом.

107. Система автоматического регулирования напряжения дуги с воздействием на питающую систему
Система этого типа отрабатывают возмущения воздействием на параметры источника питания – напряжение холостого хода Uхх или сопротивление сварочного контура Zк.
При рассмотрении особенностей систем АРП целесообразно разделить их на астатические (с механическим приводом) и статические (с воздействием на питающую систему через электрические параметры).
Системы автоматического регулирования питающей цепи (АРП) применяют для улучшения качества регулирования основной системы АРДС, так как она не отрабатывает возмущений, действующих на питающую систему (возмущения по напряжению сети 13 EMBED Equation.3 1415, изменению сопротивления сварочной цепи 13 EMBED Equation.3 1415из-за нагрева).
Система АРП, в структуру которых включен регулятор с механическим приводом (с интегрирующим звеном), являются медленно действующими из-за большой инерционности привода, но обладают астатическим законом регулирования. При этом отклонение регулируемой величины от заданного значения определяется только зоной нечувствительности в механической передаче привода.
Регуляторы без исполнительного двигателя (тиристорного типа с воздействием на ДН) имеют большее быстродействие. Однако отработка возмущений в них происходит со статической ошибкой, величина которой зависит от коэффициента передачи регулятора.
Предел изменения kрег с целью уменьшения ошибки
·Uд в системе АРП ограничивается возможностью получения колебательного процесса.
При сварке плавящимся электродом на постоянном токе хорошо зарекомендовали себя АРП со сварочными выпрямителями на тиристорах.



















108. Особенности изготовления плоских и оболочковых тонколистовых сварных конструкций.
Для сварки тонких элементов применяют следующие виды сварки:
Дуговая сварка представляет собой соединение металлов с помощью электрической дуги. Этот тип сварки включает в себя такие виды, как плазменная, электрошлаковая, электроннолучевая и термитная. Энергия электронного луча нашла свое применение в электронно-лучевой сварке. Теплота выделяется в результате бомбардировки поверхности металла электронами, имеющими большие скорости; анодом служит свариваемая деталь, катодом – вольфрамовая спираль. Поверхность катода испускает электроны, формируемые в пучок, который фокусируется на соединяемые заготовки магнитной линзой. Перемещает луч специальная катушка. Использование теплоты, выделяемой нагретой смесью оксида железа и алюминия, лежит в основе термитной сварки. В результате образуется жидкий металл, который при заполнении формы оплавляет кромки свариваемых изделий, заполняет зазор, образуя тем самым шов.
В ультразвуковой сварке упругие колебания передаются по волноводу от преобразователя к рабочему наконечнику. Соединяемые изделия помещают между наконечником и специальной опорой. Под действием вертикального сжимающего усилия и ультразвуковых колебаний в заготовках возникают силы трения, достаточные для получения сварного соединения.
При контактной сварке, которая, в свою очередь, делится на точечную и стыковую, происходит сварка давлением. Здесь соединяемые заготовки зажимаются электродами. В зоне контакта под действием сварочного тока происходит сильный разогрев, затем сжатие заготовок и, как результат, образование сварного соединения.
Если при соединении изделия используют радиочастотную сварку, то свариваемые заготовки нагреваются с помощью высокочастотного индуктора. В результате этого происходит оплавление кромок заготовок. Сварное соединение получается в результате сжимающего действия роликов на оплавленные кромки.
Лазерная сварка осуществляется световым лучом, получаемым от специальных твердотельных или газовых излучателей. Вакуум при сварке лазером не нужен, и ее можно выполнять на воздухе даже на значительном расстоянии от источника излучения.
Сварка трением осуществляется с помощью вращения одного из свариваемых элементов и соприкосновения его торца с торцом закрепленного металла. Торцы материалов разогреваются и с приложением осевого усилия свариваются. Холодная сварка базируется на свойстве металла «схватываться» при значительном давлении.
Качественное соединение получают при использовании сварки взрывом, которая позволяет получить соединение разнородных металлов и сплавов с прочностью не ниже основного металла. Сваркой взрывом получают би-металлические пластины. Тонкие материалы чаще всего сваривают в нахлест и в стык. Стыковые швы широко применяют в машиностроении, а также при сварке емкостей и труб. При соединении 2 листов металла, в котором один лист накладывается на другой с нахлестом, образуется нахлесточный шов. Нахлесточные швы применяются в конструкциях металлических ферм, резервуаров и пр.

109. Сварка в среде инертных газов. Металлургические процессы при сварке.
Сварка в инертных газах производится неплавящимся вольфрамовым электродом или плавящимся электродом, по химическому составу близким к составу свариваемого материала, она может осуществляться вручную, полуавтоматически и автоматически.
Этот вид сварки удобен для выполнения соединений в любых пространственных положениях, легко поддается механизации, позволяет наблюдать за сварочной ванной в процессе работы, имеет довольно высокую производительность, достигающую при ручной сварке 40-50 м/ч, а при автоматической 200 м/ч.
Учитывая, что инертные газы по мере совершенствования технологии их получения становятся все менее дефицитными и относительно более дешевыми, можно прогнозировать увеличение применения этого вида сварки в будущем.
Металлургические процессы при сварке. Состав металла шва при сварке в инертных газах определяется составом основного и присадочного металлов, а также развитием металлургических процессов при сварке.
Инертные газы сами не взаимодействуют с металлами, однако, при сварке в зоне дуги могут протекать реакции взаимодействия между элементами, входящими в состав основного и присадочного металла. Помимо этого, происходит взаимодействие нагретого и расплавленного металла с примесями инертных газов (O2, N2, H2, H2O и др.), с газами и веществами, адсорбированными на поверхности металла и проволоки. Интенсивность взаимодействия зависит от химического состава свариваемого металла, состава и парциального давления компонентов газовой фазы у поверхности ванны и температуры ванны.
Ход металлургических реакций и состав металла шва можно регулировать путем изменения температуры и размеров сварочной ванны, длительности взаимодействия металла с газами, введением в металл легкоиспаряющихся элементов.















110. Механизм образования сварного соединения при контактной точечной сварке. Шунтирование сварочного тока.
Первый этап начинается с момента обжатия деталей, вызывающего пластическую деформацию микронеровностей в контактах «электрод-деталь» и «деталь-деталь». Затем производится включение тока и происходит нагрев металла, обеспечивающий выравнивание микрорельефа, разрушение поверхностных пленок, формируется электрический контакт. На этом этапе металл деформируется в зазор между деталями, образуя уплотняющий поясок.
На втором этапе происходит расплавление металла с образованием ядра. По мере прохождения тока ядро растет до максимальных размеров. При этом происходит перемешивание металла, удаление поверхностных пленок и образование металлических связей. Продолжается процесс пластической деформации и теплового расширения металла.
Третий этап начинается с выключения сварочного тока, при этом происходит охлаждение и кристаллизация металла с образованием общего для деталей литого ядра. В результате охлаждения уменьшается объем металла, вследствие чего возникают остаточные напряжения. Поэтому для предотвращения усадочных трещин и раковин, а также уменьшения величины остаточных напряжений применяют бо
·льшие по сравнению со вторым этапом сварочные усилия, называемые в данном случае усилием ковки (Fков).
Через определенный промежуток времени (время паузы) сварочный цикл повторяется.
Шунтирование тока проявляется в протекании части тока вне зоны сварки. Шунтирование в значительной мере нарушает симметрию электрического поля и может при малом расстоянии или шаге между точками (tш) привести к уменьшению плотности тока и размеров литого ядра.
Уменьшение tш и рост S вызывает снижение Iсв и соответственно размеров ядра, а также приводят к повышению температуры в контакте электрод-деталь и скорости износа электрода.
















111. Параметры режима контактной сварки.
Режим сварки определяется в основном свойствами свариваемого металла, типом сварочного оборудования, а иногда и конструкцией (формой) свариваемых деталей.
Основные параметры режимов контактной сварки: сила тока Iсв, длительность его протекания tсв и усилие сжатия (осадки Fос) деталей. Сила тока измеряется в амперах (А) или кило-амперах (кА), длительность в секундах (с) и усилие в деканьютонах (даН). При СС за основные параметры режима принимают плотность тока (А/мм2) и давление (МПа) усилие сжатия, отнесенное к сечению свариваемых заготовок.
Режимы разделяют на жесткие и мягкие. Жесткие режимы сварки характеризуются малой длительностью tсв протекания тока Iсв, а следовательно, и кратковременным нагревом свариваемого метала: мягкие режимы - сравнительно большой длительностью tсв. Жесткость режима зависит также от толщины и температуропроводности (и теплопроводности) свариваемого металла. При одинаковой tсв более жестким будет режим для сварки металла большей толщины или металла с меньшей температуропроводностью. Например, при одной и той же tсв режим сварки низкоуглеродистой стали будет более жестким, чем режим для алюминиевого сплава.



























112. Распределение напряжений в точечных соединениях при приложении нагрузки. Расчет на прочность.
В случае, если в одном ряду находится несколько точек, то передаваемое усилие Р распределяется между ними неравномерно. Наиболее нагруженными оказываются крайние точки ряда, с увеличением числа точек такая диспропорция возрастает. Неравномерность напряжений наблюдается и по толщине сварной точки.
В процессе растяжения точечного соединения, вследствие возникновения изгибающего момента появляется дополнительное напряжение (
·изг), которое уменьшается с возрастанием нагрузки, так как уменьшается плечо приложения силы.
При работе под переменными нагрузками прочность точечных соединений оказывается очень низкой, что подтверждается существенным расхождением экспериментальных и расчетных данных по напряжению в области упругих деформаций.
Расстояние t должно быть не меньше некоторого предельного размера ввиду шунтирования тока через ранее сваренную точку. Чем больше шаг, тем меньше шунтирование и, как следствие, стабильнее и лучше результаты сварки.
Диаметр точки назначается в зависимости от толщины соединяемых элементов.
Точки в сварном соединении следует располагать таким образом, чтобы они воспринимали преимущественно усилия среза, а не отрыв. При расчете прочности на срез сварной точки используют зависимость 13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415 - допускаемое напряжение в точке на срез, причем 13 EMBED Equation.3 1415, Р – усилие, передаваемое на одну точку.
При расчете сварной точки на отрыв используют формулу 13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415 - допускаемое напряжение в точке при отрыве, 13 EMBED Equation.3 1415.
При расчете на прочность соединения, имеющего ряд точек, предполагается равномерное распределение нагрузки по точкам.
Расчет соединения, имеющего ряд точек, и работающего на срез выполняют по формуле 13 EMBED Equation.3 1415, где i - число односрезных сварных точек в соединении.
При работе точечного соединения на отрыв расчет прочности выполняют по формуле 13 EMBED Equation.3 1415. С учетом неравномерного распределения усилий, допускаемое напряжение целесообразно снизить на 10 – 20 %.


113. Характеристика точечной сварки, как объекта регулирования.
Управляющие и возмущающие воздействия, определяющие формирование сварного соединения, прикладываются к сварочной машине и непосредственно к зоне сварки. Основные параметры точечной (шовной) сварки: сварочный ток Iсв; время сварки tсв (а для шовной сварки время импульса tи и время паузы tп между импульсами сварочного тока); усилие сжатия Fсж электродов; размеры рабочей поверхности электродов (роликов); для шовной сварки режим характеризуется скоростью перемещения Vсв свариваемых деталей.
Сварочный ток Iсв – один из основных параметров, определяющих режим сварки и качество сварного шва. Способ амплитудного задания и регулирования Iсв заключается в изменении его действующего значения при переключении ступеней сварочного трансформатора или изменении напряжения зарядки Uзар батареи конденсаторов – при конденсаторной сварке.
Время сварки tсв в сварочных машинах переменного тока задают при включении вентильного (тиристорного или игнитронного) контактора на требуемое время, кратное числу периодов питающей сети.
При однополупериодной сварке продолжительность импульса Iсв можно регулировать изменением фазы напряжения, управляющего включением вентилей. При конденсаторной сварке длительность импульса зависит от емкости Сзар и коэффициента трансформации сварочного трансформатора.
Усилие сжатия Fсж электродов при механическом приводе задается грузами или пружинами и системами рычагов, а при пневматическом или пневмогидравлическом приводах регулируется редукторами давления. Если сварочная машина имеет электромагнитный привод сжатия, то Fсж определяется током в обмотке электромагнита. С позиции автоматизации наиболее удобным является электромагнитный привод, применяемый только для машин малой мощности.
Чаще всего применяют ступенчатое регулирование давления в пневматическом или пневмогидравлическом приводе, обеспечивая необходимый цикл предварительного сжатия деталей, сжатия в процессе прохождения сварочного тока и повышенного усилия сжатия во время ковки. Такой цикл задается включением электропневмоклапанов, обеспечивающих подачу воздуха в определенные камеры привода сжатия.













114. Возможные способы сварки узла, их анализ. Выбор оптимального способа сварки.
Несмотря на большое разнообразие существующих в настоящее время способов сварки наибольшее применение в производстве имеют: ручная дуговая сварка штучным электродом; ручная дуговая сварка в защитных газах неплавящимся электродом; механизированная дуговая сварка в защитных газах и под слоем флюса (полуавтоматическая и полуавтоматическая); контактная сварка (точечная, стыковая и шовная). У каждого способа имеются свои преимущества и недостатки.
Выбор оптимального способа сварки осуществляется прежде всего на основании конструктивных особенностей, материала изделия, а также типа производства и экономической обоснованности применения способа сварки, на основании требований, предъявляемым к качеству сварных швов.
Так, например, в монтажных условиях вне предприятия - изготовителя наиболее часто применяют ручную дуговую сварку покрытыми электродами. При сварке в закрытых помещениях при выполнении относительно непротяженных прямолинейных и криволинейных швов используют в основном полуавтоматическую дуговую сварку. Для соединения элементов металлоконструкций, прямолинейные, а также круговые и кольцевые протяженные швы применяют автоматические способы сварки: в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродом с присадкой и без присадки, а также сварку под слоем флюса.

























115. Оборудование, применяемое для вращения изделия при сварке. Параметры, определяющие выбор оборудования.
Кантователи - стационарные приспособления, позволяющие закреплять свариваемое изделие, поворачивать его и устанавливать в удобное для сварки положение. Служат для ручной и полуавтоматической сварки.
Применяемые в промышленности кантователи можно разделить на четыре типа: с приводными роликами, с торцовыми шайбами, цапковые, роликовые с жесткой кинематической связью.
Вращатели - устройства, предназначенные для вращения свариваемых изделий с заданной рабочей скоростью; в отличие от манипуляторов имеют неподвижную или перемещающуюся параллельно самой себе ось вращения.
Манипуляторы - устройства, обеспечивающие вращение изделия с заданной рабочей скоростью при различных углах наклона оси вращения изделия.
Структурные схемы вращателей: а - горизонтальный двухстоечный с передвижной стойкой и выдвижным шпинделем; б - горизонтальный двухстоечный с выдвижным шпинделем; в - горизонтальный двухстоечный с поворотной платформой; г - горизонтальный двухстоечный с подъемными центрами; д - горизонтальный одностоечный; е - вертикальный; ж - наклонный
Кинематические схемы оборудования, применяемого для механизации сварочных производственных процессов, выбирают в зависимости от характера манипуляций, проводимых со свариваемым изделием.
К основным конструктивным элементам сварочных манипуляторов относятся стойки, опоры привода, токоподводящее устройство, поворотная платформа (планшайба), механизм вращения, наклона и подъема планшайбы, рама и силовой орган к зажимным элементам.















116. Для случая наплавки массивного тела на режиме: I = 700 A, U = 35 В, ( = 20 м/ч рассчитать температуру предварительного подогрева (То), позволяющую избежать появления закалочных структур, если известно, что допускаемая критическая скорость охлаждения при Т = 500 °С составляет 5 °С/с (принять ( = 45 Вт/(м ( град)).
Мощность источника теплоты (принимаем КПД
·=0,8)
q = U·I·
· = 700 · 35 · 0,8 = 19600 Вт.
Скорость источника
· = 20 м/ч = 0,00556 м/с.
Используем формулу для определения скорости охлаждения при наплавке на массивное тело, откуда
13 EMBED Equation.3 1415
Т - Т0 = 250
Т0 = Т – 250 = 250 0С.






























117. Грубая настройка источника питания.
Изменяя напряжения холостого хода 13 EMBED Equation.3 1415 можно получить семейство внешних характеристик, соответствующих различным значениям тока.
Секционирование обмоток позволяет регулировать ток только ступенчато, грубо. Такой способ настройки не пригоден в сварочных трансформаторах для ручной дуговой сварки, так как при низком напряжении холостого хода 13 EMBED Equation.3 1415 и малых токах 13 EMBED Equation.3 1415 дуга будет гореть неустойчиво. В сварочных трансформаторах для автоматической сварки такой способ настройки допустим, так как при сварке под слоем флюса с увеличением сварочного тока увеличивается и рабочее напряжение дуги. Поэтому желательно, чтобы напряжение холостого хода 13 EMBED Equation.3 1415 также несколько возрастало.
Соединение обмоток трансформатора последовательно или параллельно
Изменяя способы соединения обмоток, можно ступенчато (грубо) регулировать режим сварки. Чаще всего трансформатор имеет две первичные 13 EMBED Equation.3 1415 и две вторичные 13 EMBED Equation.3 1415 обмотки. При использовании только одной первичной 13 EMBED Equation.3 1415 и одной вторичной обмотки 13 EMBED Equation.3 1415 сопротивление трансформатора 13 EMBED Equation.3 1415, так при последовательном соединении двух первичных 13 EMBED Equation.3 1415 и двух вторичных 13 EMBED Equation.3 1415 обмоток его индуктивное сопротивление увеличится в 2 раза, а при параллельном соединении общее сопротивление уменьшиться.
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415
13 EMBED PBrush 1415

а
б
в
г
д

Схема трансформатора с грубой настройкой: а- схема трансформатора; б- включение одной первичной и одной вторичной обмотки; в- последовательнее включение обмоток; г- параллельное включение обмоток; д- ВАХ трансформатора
В данном случае при изменении соединения обмоток у рассматриваемого трансформатора, можно получить три ступени грубого регулирования сварочного тока.












118. Виды термообработки, применяемые для сварных конструкций.
Термообработкой называется тепловое воздействие на металл с целью направленного изменения его структуры и свойств.
Отжигом называют термообработку, направленную на получение в металлах равновесной структуры. Любой отжиг включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига - уменьшить внутренние напряжения в металле, уменьшить прочностные свойства и увеличить пластичность. Отжиг делят на отжиг 1 рода и 2 рода. Отжиг 1 рода - это такой вид отжига, при котором не происходит структурных изменений, связанных с фазовыми превращениями. Отжиг 1 рода разделяют на группы: гомогенизация, рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия внутренних напряжений. Отжиг 2 рода - термообработка, направленная на получение равновесной структуры в металлах и сплавах, испытывающих фазовые превращения. При отжиге второго рода нагрев и последующее охлаждение может вызвать как частичную, так и полную замену исходной структуры. Отжиг второго рода может быть полным и неполным. Полный отжиг сопровождается полной перекристаллизацией. При неполном отжиге структурные превращения происходят не полностью, с частичным сохранением исходной фазы.
Закалка - это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение. В зависимости от вида фазовых превращений, происходящих в сплаве при закалке, различают закалку с полиморфным превращением и закалку без полиморфного превращения.
Старение - это термообработка, которая проводится после закалки без полиморфного превращения, направленная на получение в сплаве более равновесной структуры и заданного уровня свойств. Если температура нормальная, то процесс распада называется  естественным старением, а если температура повышенная, то - искусственным старением.
Отпуск - термообработка, направленная на уменьшение внутренних напряжений в сплавах после закалки с полиморфным превращением. Образование вторичных фаз после закалки с полиморфным превращением всегда опровождается резким увеличением внутренних. Чтобы получить необходимое соотношение прочности и пластичности, такой сплав после закалки подвергают дополнительной термообработке: отпуску. Нагрев вызывает уменьшение концентрации легирующих элементов в твердом растворе и выделение вторичных фаз.
Химико-термическая обработка - это одновременное воздействие на металл химической среды, тепла с целью направленного изменения состава и свойств поверхности детали.  Различные виды ХТО направлены либо на повышение коррозионной стойкости, либо прочности и твердости, износостойких, антифрикционных свойств.  Изменяя состав химической среды, можно  в одних и тех же деталях получать различные свойства.
Термомеханическая обработка. Это сочетание пластической деформации, упрочняющей термообработки, причем образующийся в результате деформации наклеп сохраняется и влияет на фазовые превращения, происходящие при термообработке. Такое комплексное воздействие на металл позволяет получить уровень свойств в металле более высокий, чем можно получить после деформации или после термообработки в отдельности.
119. Внешние и внутренние дефекты сварных соединений.
К наружным дефектам относятся: нарушение формы шва, подрез, наплав, прожог, кратер, свищ.
Нарушение формы шва – отклонение формы наружных поверхностей сварного шва или геометрии соединения от установленного значения.
Подрезы - дефекты сварного соединения, представляющие собой местные уменьшения толщины основного металла в виде канавок, располагающихся вдоль границ сварного шва.
Наплав – избыток наплавленного металла сварного шва, натекший на поверхность основного металла, но не сплавленный с ним.
Прожог – вытекание металла сварочной ванны, в результате которого образуется сквозное отверстие в сварном шве.
Кратер – усадочная раковина в конце валика сварного шва, не заваренная до или во время выполнения последующих проходов.
Свищ – трубчатая полость в металле сварного шва, вызванная выделением газа.
К внутренним дефектам относятся: трещины, непровары, поры, шлаковые, вольфрамовые и окисные включения.
Трещина – это несплошность, вызванная местным разрывом шва, которая может возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузок.
Непровары - это участки сварного соединения, где отсутствует сплавление между свариваемыми деталями, например, в корне шва, между основным и наплавленным металлом (по кромке) или между соседними слоями наплавленного металла.
Поры - это полости в металле шва, заполненные газами.
Шлаковые включения - это полости в металле сварного шва, заполненные шлаками не успевающими всплыть на поверхность шва. Шлаковые включения образуются при больших скоростях сварки, при сильном загрязнении кромок и при многослойной сварке в случае плохой очистки от шлака поверхности швов между слоями. Размеры шлаковых включений могут достигать нескольких миллиметров в поперечном сечении и десятков и более миллиметров по протяженности. Форма шлаковых включений может быть достаточно разнообразной.
Вольфрамовые включения могут появляться в металле сварного шва при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом.
Окисные включения - могут возникать в металле сварных швов при наличии труднорастворимых окислов при больших скоростях кристаллизации шва, а также в виде пленок они образуют в металле шва несплошности с малым раскрытием и их неблагоприятное воздействие на механические свойства сварных соединений может быть более сильным, чем пор и шлаковых включений.








120. Требования к сборке двутавровых балок. Схема базирования элементов балок в кондукторе. Оборудование для поворота балок в заданное положение.
При сборке необходимо обеспечить симметрию и взаимную перпендикулярность полок и стенки, надежное их прижатие друг к другу и последующие закрепление прихватами. С этой целью используются сборочные кондукторы с соответствующим расположением баз и прижимов по всей длине балки (рис. 34).

Допуски на сборку Схема кондуктора
Н-образного сечения балки для сборки двутавровых балок

Цепной кантователь. Он состоит из нескольких фасонных рам 5, на каждой из которых смонтированы две цепные звездочки (холостая 1 и ведущая 4) и холостой блок 6. Свариваемая балка 3 укладывается на провисающую цепь 2. Ведущие звездочки имеют общий приводной вал и обеспечивают поворот балки в требуемое положение. Следует иметь в виду, что такой кантователь не обеспечивает жёсткого и неизменного положения свариваемой конструкции.















121. Расшифруйте марку стали 12Х18Н9Т. Роль титана, как легирующего элемента.

Сталь коррозионно-стойкая (нержавеющая) жаропрочная
Применение: сварная аппаратура, трубы, детали печной арматуры, теплообменники, муфели, детали выхлопных систем, листовые и сортовые детали. Аппараты и сосуды, работающие при температуре от -196 до 600 °С под давлением, а при наличии агрессивных сред до 350 °С; сталь аустенитного класса
12Х18Н9Т С до 0.12, Cr 18%, Ni 9%, Ti 1%.
Введением титана устраняется склонность к межкристаллитной коррозии, т.к. он сильный карбидообразующий элемент. Он в процессе кристаллизации связывает углерод в тугоплавкий карбид TiC, поэтому исключается возможность образования карбидов хрома и уменьшение его концентрации в аустените.





































122. Электрошлаковая сварка, сущность процесса, основные технологические параметры.
Электрошлаковая сварка – процесс образования неразъёмного соединения, при котором расплавление основного и присадочного металла осуществляется за счёт тепла, выделяемого при прохождении электрического тока через расплавленный флюс. При этом слой расплавленного флюса служит защитой металла сварочной ванны от взаимодействия с кислородом и азотом воздуха.
Основным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки за один проход деталей практически любой толщины. Сварка производится без разделки кромок, поэтому ее экономичность повышается с ростом толщины свариваемого металла. Экономически целесообразно ее применять уже начиная с 40 мм, но чаще всего она используется для сварки толщин 100-500 мм.
Электрошлаковая сварка применяется при изготовлении массивных станин, валов мощных турбин, толстостенных котлов и барабанов. Ее применение вносит коренные изменения в технологию производства крупногабаритных изделий. Появляется возможность замены крупных литых или кованых деталей сварно-литыми или сварно-коваными из более мелких поковок или отливок.
Недостатками ЭШС является повышенная зона термического влияния, вызванная медленным нагревом и охлаждением металла. Это часто приводит к образованию неблагоприятных, крупнозернистых структур и требует термообработки для повышения механических свойств свариваемых соединений.
Шлаковая ванна 1 (рис. 3.56) образуется (наводится) путем расплавления флюса, заполняющего пространство между кромками основного металла 2 и специальными охлаждаемыми водой приспособлениями-ползунами 3, плотно прижатыми к поверхности свариваемых деталей.
Схема процесса электрошлаковой сварки. Вертикальной стрелкой показано направление сварки, горизонтальной – направление перемещения электрода в зазоре
Основными параметрами режима ЭШС являются сила свариваемого тока, напряжение на шлаковой ванне, скорость подачи проволоки и скорость сварки, помимо этого процесс сварки характеризуется скоростью поперечных перемещений электрода, диаметром и количеством сварочных проволок (электродов), величиной зазора, глубиной шлаковой ванны, уровнем металлической ванны относительно ползунов, переходом электрода до ползуна, сухим вылетом электрода и др.








123. Газовая сварка. Состав и строение сварочного пламени. Взаимодействие пламени с металлом.
Сварка ацетилено-кислородным пламенем эффективна в ремонтных работах. Однако это - малопроизводительный процесс, требующий высокой квалификации сварщика.
При газовой сварке для нагрева и расплавления металла используется высокотемпературное пламя, образующееся в результате сгорания газа ацетилена в смеси с кислородом. В ряде случаев вместо ацетилена могут использоваться его заменители: пропано-бутан, метан, пары бензина или керосина, МАФ.
Горючий газ и кислород из баллонов (или специального газового генератора) поступают в сварочную горелку, где они смешиваются в определённом соотношении и на выходе из сопла поджигаются. Пламя расплавляет кромки свариваемого изделия и присадочную проволоку, а также выполняет функцию защиты расплавленного металла от атмосферы. Регулировка расхода кислорода и горючего газа осуществляется соответствующими вентилями.
Ацетилено-кислородное пламя состоит из трёх зон: ядра –1, восстановительной (средней) зоны – 2 и факела –3. В первой зоне происходит пирогенное разложение ацетилена в присутствии кислорода на углерод и водород; во второй - сгорание углерода в кислороде, поступающем из горелки; в третьей – дальнейшее окисление продуктов реакций горения и разложения (СО и Н2) кислородом, подсасываемым из окружающей среды. Максимальная температура развивается в средней зоне, в которой и располагают свариваемый металл.
Строение и виды газового пламени (а) и их температурная характеристика (б); 1 – ядро, 2 – восстановительная зона, 3 – факел.
Если объём кислорода меньше, чем объём ацетилена, то при сгорании ацетилена останутся свободные атомы углерода, которые будут повышать содержание углерода в поверхностных слоях металла. Этим иногда пользуются, чтобы упрочнить поверхностные слои изделия.
Если пламя содержит избыток кислорода, то оно сильно окисляет металл. Такое пламя, называемое окислительным и применяют обычно только для подогрева металла.








124. Многопостовые сварочные трансформаторы
В крупных сварочных цехах сварочные посты могут быть расположены отдельными группами на большом расстоянии друг от друга. В этом случае группы постов можно запитать от многопостового сварочного трансформатора. Сварочные посты подключаются к трансформатору параллельно друг к другу. Основным условием устойчивой работы при многопостовом питании является независимость режима работы каждого поста от работы остальных постов. Для достижения этого необходимо, чтобы напряжение источника питания не изменялось с изменением нагрузки, т.е. внешняя ВАХ питания должна быть жёсткой.
Для многопостовой сварки можно использовать трансформатор с нормальным рассеянием, который имеет жесткую ВАХ.
Схема подключения сварочных постов к трансформатору с нормальным рассеянием
Для многопостовой сварки применяются трехфазные трансформаторы с параллельным питанием нескольких сварочных постов.
Фазовое напряжение должно быть 65-70 В. Регулирование сварочного тока и формирование падающей характеристики на каждом посту осуществляется с помощью дросселя или балластного реостата.
Количество постов, которое можно подключить к источнику питания, можно рассчитать по формуле.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 – число постов
13 EMBED Equation.3 1415 – номинальный ток сварочного многопостового трансформатора
13 EMBED Equation.3 1415 – сварочный ток поста
13 EMBED Equation.3 1415 – коэффициент загрузки.
Многопостовые сварочные трансформаторы имеют недостатки: большие потери напряжения и энергии в низковольтовой сварочной цепи; в случае аварии многопостового трансформатора произойдет простой большого числа сварочных постов. Во избежание этого необходимо иметь резервные трансформаторы, что увеличивает затраты на оборудование. Данные недостатки ограничивают применение многопостовых трансформаторов, по этим же причинам количество постов не превышает 9 – 12.







125. Расчет на прочность соединений, работающих на изгиб и сложное сопротивление.
Элементы сварных конструкций работают на изгиб и сложное сопротивление, когда они испытывают различные комбинации нагрузок в виде изгибающих моментов, продольных, поперечных или наклонных сил.
К полосе приложены, кроме изгибающего момента, продольная Р и поперечная N силы. В общем случае действующая сила может быть наклонной. Такую силу для упрощения расчетов следует разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие.
Для изображенных случаев определим величины напряжений, создаваемых каждым нагружением в отдельности, с тем, чтобы в дальнейшем можно было сложить все напряжения как векторы.
Если на консольную балку действует момент М, то напряжение, создаваемое этим моментом в сварном соединении, можно определить по формуле (М = M / WС ( [(’]. где WC - момент сопротивления двух вертикальных угловых швов, взятый относительно горизонтальной оси по биссекторным сечениям этих швов: WС = 2(kh2/6.
Если изгибающий момент М действует на сварной соединение с лобовым и фланговыми швами, то расчет напряжений целесообразно вести по способу расчленения соединения на составляющие. Принимаем, что момент М уравновешивается моментом пара сил в горизонтальных (фланговых) швах МГ моментом защемления вертикального шва МВ: М = МГ + МВ.
Будем считать, что швы имеют форму равнобедренного треугольника. В горизонтальных швах образуется пара сил. Ее момент МГ = ((ka(h+k).
Момент в вертикальном (лобовом) шве вычисляем по формуле МB = ((kh2/6.
Тогда М = ((ka(h+k) + ((kh2/6, откуда касательное напряжение в соединении будет равно ( = M /[(ka(h+k) + (kh2/6] ( [(’].
В случае воздействия продольной силы Р на рассматриваемые соединения касательные напряжения ( =P / ((kl) ( [(’], где l - суммарная длина всех швов в соединении.
При совместном воздействии момента и продольной силы на соединения суммарное напряжение получают алгебраическим сложением напряжений от момента и продольной силы. Полученная сумма не должна превышать допускаемое напряжение на срез в сварном шве.



126. Система автоматического регулирования параметров дуги при сварке неплавящимся электродом.
Особенность динамических процессов в сварочном контуре с неплавящимся электродом заключается в отсутствии эффекта саморегулирования длины дуги, свойственном системам с плавящимся электродом. Кроме того, в контуре с неплавящимся электродом напряжение дуги связано функциональной зависимостью с длинной дуги.
Указанные особенности контура определяют характер отработки технологических возмущений, действующих на его элементы: источник питания, дугу, непосредственно объект регулирования - сварочную ванну.
На практике используют два способа регулирования параметров дуги с неплавящимся электродом при действии возмущений в сварочном контуре: с помощью систем автоматического регулирования напряжения и длинны дуги (систем типа АРНД) и с помощью автоматических регуляторов параметров питающей системы (регулятор типа АРП).
Система автоматического регулирования напряжения дуги (АРНД) представляет собой замкнутые системы автоматического регулирования с воздействием на пространственное положение электрода относительно поверхности изделия. Принцип построения АРНД основан на использовании функциональной зависимости Uд=f(lд) при сварке неплавящимся электродом.
Функциональная схема АРНД состоит из сварочного контура источник питания – дугу – сварочная ванна и внешнего регулятора. В регулятор входит суммирующий элемент, в котором текущее напряжение дуги Uд сравнивается с заданным эталонным напряжением Uз. Разность
·Uд = Uз – Uд усиливается по напряжению и мощности. Усиленный по мощности сигнал питает исполнительный двигатель, который через редуктор обеспечивает вертикальное перемещение сварочной горелки до устранения рассогласования между Uд и Uв, т. е. до
·Uд = 0. Для лучшего демпфирования системы при обработке различных возмущении по длине дуги в ней используется скоростная обратная связь, которая реализована на тахогенераторе.
Автоматические регуляторы параметров питающей системы (АРП) представляют собой замкнутую систему автоматического регулирования энергетических параметров дуги с воздействием на управляемый источник питания нормированием в нем обратных связей по току и напряжению дуги. Изменения длины дуги вызывают изменения напряжения и эффективной мощности дуги. В этих условиях даже при I = const не удается получить стабильного проплавления металла. Требуется регулирование мощности дуги по закону Р = f(lд) или по закону I = f(lд). Последняя функция наиболее просто может быть реализована при возрастающей ВАХ источника питания. Требуемую ВАХ источника питания можно получить на базе управляемых сварочных выпрямителей и транзисторных источников питания формированием обратных связен (ОС) по току и напряжению дуги.
Рабочий ток дуги регулируется путем параллельного смещения ВАХ источника питания с помощью реостата. Возрастающую ВАХ источника можно получить и на управляемом выпрямителе с помощью комбинированной обратной связи отрицательной по току и положительной по напряжению дуги.

127. Что представляют собой промышленные роботы? Операции, область и перспективы применения в производстве сварных конструкций.
Промышленный робот - манипулятор автоматического действия, оснащенный системой цифрового программного управления. Роботы предназначены для выполнения разнообразных работ при минимальном участии человека в акте управления. Они являются универсальными автоматами, в состав которых входят три основных, функциональных узла: рабочие органы - «руки», вычислительная машина, управляющая ими, и устройства сбора информации о среде, сообщающие роботу способность адаптации к ней.
Автоматизация процесса сборки - основное направление совершенствования сборочно-сварочного производства. Применение позиционеров и другого сборочно-сварочного технологического оборудования дает значительный эффект в результате сокращения времени на кантовку изделия. Кроме того, создается возможность выполнения почти любого сварочного шва, в нижнем, удобном для сварки, положении. Сварочные вращатели и манипуляторы сообщают изделию вращение с заданной рабочей скоростью.
Наибольшую трудоемкость составляют элементы сборочных операций, связанные с подачей и взаимной ориентацией собираемых деталей. Эффективной мерой снижения трудоемкости сборочного процесса является создание узлов автоматической ориентации и подачи в зону сборки деталей.
Конструктивное исполнение сварочной технологической оснастки должно обеспечить сборку и сварку изделия, минуя операцию прихватки. Тем самым сокращается объем вспомогательных операций и повышается качество изготовленных изделий.
При создании манипуляторов в первую очередь следует учитывать возможность их переналаживания в пределах групп изделий, обладающих технологической общностью. С этой целью надо использовать принцип агрегатирования на базе типовых унифицированных узлов.
Сварочные манипуляторы должны обеспечивать удобство загрузки и выгрузки готовых изделий с применением средств, межоперационного транспорта. Сборочно-сварочная технологическая оснастка должна быть оборудована приточно-вытяжной вентиляцией.
Для обеспечения плавности работы подъемно-поворотных механизмов следует использовать в качестве рабочего органа гидроприводы.
Применение промышленных роботов для автоматизации и механизации сварочных технологических процессов исключает проектирование и изготовление специальных манипуляторов, загрузочных и транспортных устройств. Роботы для сварки (особенно дуговой) необходимо оснащать специальными датчиками и системами, позволяющими корректировать программу путем слежения по стыку, контролировать качество шва и автоматически регулировать режим сварки.
Опыт показывает, что целесообразно совмещать управление движением электрода и режимом сварки в едином программирующем устройстве. Внедрение же роботов третьего поколения, оборудованных ЭВМ с телевизионным устройством, самостоятельно решающих возникающие в процессе работы задачи, повысит коэффициент автоматизации производственного процесса.
128. Свариваемость металлов; факторы, определяющие свариваемость.
Свариваемость-способность металла образовывать соединения с заданными свойствами. Свойства сварного соединения определяются свойствами сварного шва и ЗТВ. Сварной шов имеет литую структуру и его свойства зависят от химического состава, металлургической обработки, наличия дефектов. Свойства ЗТВ определяются микроструктурой и фазовым составом, а так же химическим составом. Как правило анализ изменения фазового состава металла в ЗТВ производят с помощью сопоставления диаграмм состояния и термического цикла сварки. Алов предложил использовать два понятия термическая свариваемость и металлургическая свариваемость. Термическая свариваемость – это реакция металла на термический цикл сварки. Она позволяет осуществить выбор режимов горения дуги. Металлургическая свариваемость – отражает металлургические процессы протекающие при сварке (с окружающей средой, газами, шлаком, флюсом) этот показатель предназначен для выбора защитной среды.
Свариваемость можно оценить по:
на основании проведения анализа изменения структуры и фазового состава
на основании влияния процесса сварки на механические свойства материала
на основании анализа склонности сварного соединения к образованию дефектов
на основании литературного анализа
Для оценки изменения структуры и свойств ЗТВ используются термо-кинетический анализ. При сварке сталей, нагретых до температуры выше окончания фазового превращения (Ас3), существенное влияние на кинетику процесса оказывает температура охлаждения. При охлаждении с малой скоростью образуется перлитная структура (Ф + Ц), при большой скорости образуется более мелкая структура – сорбит, троостит. При большой скорости смесь Ф+Ц и М, при самой большой скорости образуется мартенсит.
В соответствии с ГОСТ 6996 оценка свариваемости проводится по результатам механических испытания, которые предусматривают испытания: 1) на статический разрыв и разрушение, 2) ударный изгиб, 3) измерение твердости, 4) ударный разрыв, 5) статический изгиб.
Все стали по своей свариваемости можно разделить на 3 класса: хорошо, удовлетворительно и плохо свариваемые. Хорошо свариваемыми называют стали для которых обеспечивается получение соединения равнопрочного основному материалу достигается без применения специальных приемов (НУ, НЛ, НУ-НЛ). Удовлетворительно свариваемые это такие стали для получения соединения равнопрочного требуется применение дополнительных технологических приемов: подогрев, ТО (СУ, СЛ, СУ-СЛ). Плохо свариваемые – не удается получить соединение равнопрочное основному металлу (ВУ, СЛ, СУ).







129. Механизмы образования МКК.
Межкристаллитная коррозия (МКК) – один из наиболее опасных видов местной коррозии. МКК у сталей и сплавов проявляется преимущественно по границам зерен, что приводит к резкому падению прочности и пластичности и может вызвать преждевременное разрушение конструкции. Коррозия этого вида наблюдается на хромистых и хромоникелевых сталях и сплавах на основе никеля, меди, алюминия и др.
Причиной развития МКК является химическая гетерогенность (гетерогенный – разнородный по своему составу) между приграничными зонами и объемом зерен.
Существуют три основных механизма развития межкристаллитной коррозии:
а) коррозия, связанная с обеднением приграничных областей элементами, обуславливающими стойкость материала в данной среде;
б) коррозия, связанная с низкой химической стойкостью выделяющихся по границам зерен фаз;
в) коррозия, вызванная сегрегацией по границам зерен поверхностно-активных элементов, снижающих стойкость основы.
Эти механизмы развития МКК могут действовать в сталях одновременно, но обычно удается выделить один механизм, который сильнее других влияет на скорость МКК.






























130. Предложить и обосновать метод контроля качества сварных соединений детали.
Методы контроля качества сварных соединений могут быть разделены на две основные группы:
- методы контроля без разрушений образцов - неразрушающий контроль;
- методы контроля с разрушением образцов или стыков - разрушающий контроль.
Существуют десять видов неразрушающего контроля: акустический, радио-волновой, капиллярный, оптический, течеисканием, радиационный, тепловой, электрический,[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], электромагнитный. Для контроля качества сварных соединений могут быть применены все перечисленные виды, однако наиболее широкое применение на практике нашли методы: акустический, капиллярный, магнитный, радиационный и течеисканием.
Каждый вид контроля имеет свою оптимальную область применения, отличается определенными достоинствами и недостатками. Поэтому наиболее полную информацию о качестве изделия или сварного шва можно получить только при сочетании различных видов контроля.
Наиболее распространенным видом неразрушающего контроля является внешний осмотр и обмер сварных швов, который имеет существенное значение для получения качественных сварных конструкций.
Радиационные методы позволяют выявить скрытые внутренние дефекты в стыковых швах практически любых материалов. Невозможно обнаружить дефекты только в угловых швах.
Из акустических методов контроля наибольшее распространение получила ультразвуковая дефектоскопия. Хорошо обнаруживаются дефекты с малым раскрытием, типа трещин, газовых пор и шлаковых включений, в том числе и те, которые невозможно определить радиационной дефектоскопией.
Среди магнитных методов контроля следует отметить магнитографический и магнитопорошковый. Наибольшее распространение имеет магнитопорошковый метод, так как он позволяет визуально наблюдать расположение ферромагнитного порошка вокруг дефекта. Однако этот метод применим только для контроля ферромагнитных материалов.
В капиллярном виде контроля используют движение индикаторного вещества, т.е. проникновение индикатора по микропорам и микротрещинам, вглубь дефектов как бы по капиллярам.
При контроле течеисканием также используют движение контрольного вещества для обнаружения течей - сквозных несплошностей в сварных соединениях. С помощью этого вида контроля проверяют герметичность свариваемого изделия. Как правило, это сосуды и трубопроводы, работающие под давлением. Он основан на регистрации специальными приборами, или счетчиками утечки индикаторных жидкостей или газов через сквозные дефекты в сварных швах.
Контроль герметичности течеисканием может быть применен для любых материалов любой толщины. К основным методам контроля относятся: пневматический, гидравлический, керосиновый, галоидный, химический и люминесцентно-гидравлический. Выбор метода контроля связан с определением возможностей различных методов выявить опасные для работы данного сварного соединения дефекты, их производительностью и стоимостью.
Из всего многообразия методов и видов контроля представляется необходимым подробно рассмотреть только основные, широко применяемые в производственных условиях.
Гидравлическим испытаниям подвергают трубопроводы, резервуары, технологические аппараты и другие объекты с целью проверки плотности и прочности сварных швов. Гидравлические испытания регламентируются ГОСТ 3242-79, который предусматривает осуществление их тремя способами: гидравлическим давлением, наливом воды и поливом водой.
Необходимо отметить некоторые виды испытаний при контроле качества сварных соединений разрушающими методами. Механическим испытаниям подвергаются как отдельные образцы, вырезанные из сварных швов, так и детали и узлы. Эти испытания подразделяются на статические, динамические и испытания на усталость. Статические испытания подразделяются на следующие виды: растяжение, изгиб, смятие, ползучесть. Динамические испытания - на ударный изгиб, усталость. Проводятся и металлографические исследования для выявления изменений, происходящих в металле при различных режимах [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и термообработки; различают макроанализ и микроанализ. Кроме указанных методов разрушающего контроля проводят измерение твердости, коррозионные испытания, химический и спектральный анализ сварных соединений.
131. Плавная настройка источника питания.
Изменение расстояния между обмотками трансформатора. Наиболее часто в сварочных трансформаторах применяется метод плавной настройки сварочного тока путем изменения индуктивного сопротивления трансформатора. Плавное регулирование тока осуществляется перемещением по стержням подвижных обмоток с помощью винтового механизма.
Если увеличить расстояние 13 EMBED Equation.3 1415 между первичной 13 EMBED Equation.3 1415 и вторичной 13 EMBED Equation.3 1415 обмотками, то возрастут поток рассеяния и их ЭДС рассеяния, то есть увеличиваются потери энергии внутри трансформатора, а это приводит к уменьшению сварочного тока. Следовательно, увеличение расстояния между обмотками приводит к увеличению индуктивного сопротивления трансформатора. Если расстояние 13 EMBED Equation.3 1415 между обмотками максимально, то сварочный ток будет минимальный, и наоборот, если расстояние 13 EMBED Equation.3 1415 между обмотками минимальное, то сварочный ток максимальный.
Плавная настройка трансформатора при помощи подвижного магнитного шунта
Плавная настройка: а- схема трансформатора; б- ВАХ трансформатора
При введении магнитного шунта между обмотками трансформатора уменьшается магнитное сопротивление на пути потока рассеяния и сам поток рассеяния увеличивается, что приводит к уменьшению сварочного тока. Следовательно, если магнитный шунт введен (13 EMBED Equation.3 1415) между обмотками трансформатора то магнитный поток рассеяния максимальный, а сварочный ток минимальный. И наоборот, если магнитный шунт выведен (13 EMBED Equation.3 1415), то максимальный поток рассеяния минимальный, значит сварочный ток максимальный.
Настройка на режим сварки источника питания при помощи неподвижного шунта
Для плавной регулировки можно использовать и неподвижный магнитный шунт, подмагничиваемый с помощью обмотки управления постоянного тока. Если ток в обмотке управления увеличивать (13 EMBED Equation.3 1415), то в результате насыщения железа шунта его магнитное сопротивления возрастает, магнитный поток рассеяния уменьшается, что приводит к увеличению сварочного тока.
Конструктивная схема трансформатора (а) и ВАХ трансформатора (б)
Комбинированный способ регулирования. При этом способе настройки весь диапазон токов разбивается на несколько ступеней, где каждая ступень различается значением напряжения холостого хода 13 EMBED Equation.3 1415. Настройка тока в пределах одной ступени производится путем изменения индуктивного сопротивления трансформатора, т.е. изменение расстояния между обмотками, при неизменном значении 13 EMBED Equation.3 1415. При переходе на ступень с более низкими значениями сварочных токов (ступень малых токов) напряжение холостого тока повышается для облегчения первоначального и повторного зажигания дуги.
Вольтамперные характеристики трансформатора, диапазоны больших и малых токов
В данном случае источник питания имеет две ступени регулирования токов: ступень малых токов (МТ) и ступень больших токов (БТ).
132. Технология сварки чугуна
Чугун – многокомпонентный железоуглеродистый сплав, содержащий более 2,14% углерода. В чугуне обычно присутствуют: 1,6 – 2,5% кремния; 0,5 – 1,0% марганца, сера и фосфор. В специальные чугуны вводят легирующие добавки: никель, хром, молибден, ванадий и др.
В зависимости от структуры чугуны подразделяются на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение: карбид железа (Fe3C) – цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно свободном состоянии в виде графита.
В зависимости от способов преодоления трудностей существуют три технологических направления сварки чугуна:
1) технология, обеспечивающая получение в металле шва чугуна;
2) технология, обеспечивающая получение в металле шва низкоуглеродистой стали;
3) технология, обеспечивающая получение в металле шва сплавов цветных металлов.
Технология сварки, обеспечивающая получение в металле шва чугуна. Наиболее радикальным способом борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков и возникновением трещин, является подогрев. Если температура предварительного подогрева находится в пределах 600 - 650єС, сварку называют горячей; если Тпп – 400 - 450єС, сварку называют полугорячей. При отсутствии подогрева сварка называется холодной. Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих операций: подготовка изделия под сварку; предварительный подогрев деталей; сварка; последующее охлаждение.
Сварку производят электродами марок ЭЧ-1; ЭЧ-2 и СЧ-5 (для изделий из серого и ковкого чугуна) и марки ЭВЧ-1 (для изделий из высокопрочного чугуна) в нижнем положении. Сварка осуществляется постоянным током обратной полярности на форсированных режимах. Это позволяет создать большую по объему сварочную ванну, что благоприятно сказывается на удалении из расплавов газов и неметаллических включений. По окончании сварки детали охлаждают вместе с печью или другим нагревательным приспособлением. Скорость охлаждения не более 50 - 100є С/ч.
Технология сварки, обеспечивающая получение в металле низкоуглеродистой стали. Стальные электроды можно применять только для декоративной заварки небольших по размерам дефектов, если к сварному соединению не предъявляются требования обеспечения прочности, плотности и обрабатываемости режущим инструментом. С целью уменьшения участия основного металла в шве, а также размеров ЗТВ, в том числе и участков отбеливания и закалки, применяют электроды небольших диаметров на малых токах, не перегревая основной металл.
При сварке чугуна низкоуглеродистыми электродами общего назначения наиболее слабое место сварного соединения - околошовная зона у границы сплавления. Хрупкость этой зоны и наличие в ней трещин нередко приводят к отслаиванию шва от основного металла. Однако более рационально применение специальных электродов, позволяющих ввести в металл шва сильный карбидообразователь – ванадий. В данном случае в шве образуются карбиды этого элемента, не растворяющиеся в железе и имеющие форму мелкодисперсных нетвердых включений.
Технология сварки, обеспечивающая получение в металле шва сплавов цветных металлов. Для получения швов, обладающих достаточно высокой пластичность в холодном состоянии, применяют электроды, обеспечивающие положение в наплавленном металле сплавов на основе меди и никеля. Медь и никель не образуют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Попадая в зону неполного расплавления, прилегающую к шву, они уменьшают вероятность отбеливания. Кроме того пластичность металла шва способствует частичной релаксации сварочных напряжений и поэтому снижается вероятность образования трещин в ЗТВ. Для сварки чугуна используют медно-железные, медно-никелевые и железоникелевые электроды.
Газовая сварка – один из наиболее надежных способов получения наплавленного металла, близкого по своим свойствам к основному. При газовой сварке, нагрев более длителен и равномерен, охлаждение изделия происходит медленнее, что создает благоприятные условия для графитизации углерода, уменьшается опасность появления зон отбеленного чугуна, в участках, прилегающих к шву. Возможна электрошлаковая сварка. В качества электродов используют литые чугунные пластины и фторидные обессеривающие флюсы. Медленное охлаждение, характерное для ЭШС, позволяет получать соединение без отбеленных и закаленных участков, без трещин и др. дефектов

133. Система автоматического регулирования проплавления с воздействием на скорость подачи проволоки (питающую систему).
В качестве датчика проплавления может быть использован фотоэлектрический датчик. Чувствительным элементом может быть фотосопротивления, фотодиод, фотоумножитель, фототриод.
На практике хорошо себя зарекомендовали фотодиоды типа ФЭ германиевого и кремниевого исполнения. Они более температуростабильны. Для выделения лучистого потока, соответствующего зоне расплавленного металла, в конструкциях датчиков используют узкие диафрагмы и светофильтры.
С фотодатчика ФЭ сигнал Uф, пропорциональный проплавлению, после сравнения с Uз, вырабатываемой блоком БУ, усиливается и поступает в блок суммирования БС. В БС суммируются напряжение пилы, вырабатываемое генератором пилы ГП, и усиленное напряжение kUвх. Суммарный сигнал поступает на три идентичные схемы управления СУ1-3, на выходах которых формируются импульсы управления тиристорами V7V12. Последние в рассматриваемом варианте схемы включены по высокой стороне сварочного трансформатора СТ. Временное положение импульсов пропорционально входному напряжению Uвх, т. е. рассогласованию между измеряемым параметром и Uз по этому параметру.
Аналогичная система регулирования проплавления с воздействием на источник питания (обмотку возбуждения сварочного генератора) реализована и для сварки плавящимся электродом . При разработке этой системы была исследована динамика связи температура глубина проплавления сигнал на выходе фотодатчика при сварке с неполным проплавлением. Система выполнена на базе серийного сварочного аппарата АДС-1000-2. Проплавление шва при сварке кольцевых поворотных стыков контролируется фотоэлектрическим датчиком. Неизменность зоны визирования на пятне проплавления поддерживает дополнительная синхронно-следящая система, привод которой размещен на телескопической штанге, вводимой внутрь свариваемой обечайки.
Систему регулирования проплавления с использованием в качестве датчика температуры в околошовной зоне подвижной хромель-копелевой термопары испытывали на алюминиевых сплавах и коррозионно-стойких сталях. Схема расположения датчика показана на рисунке. Координаты х и у расположения термопары выбирают из условия максимальной корреляции между измеряемой температурой в каждый текущий момент и параметрами шва. Структура системы регулирования может быть аналогичной структуре вышерассмотренных систем.
Преимуществом использования термопары является незначительное влияние излучения дуги, простота компоновки и конструкции узлов датчика. Недостаток значительная инерционность самого датчика и запаздывание на 13 с в передаче информации между сварочной ванной и датчиком. Мели термопару формирует свариваемый металл и вспомогательный стержень (контактный щуп), то материал последнего необходимо подбирать индивидуально для каждой марки стали основного металла. Необходимо отметить также малую долговечность таких датчиков из-за скользящего контакта.
134. Перечислите и охарактеризуйте виды обработки металлов при выполнении заготовительных операций.
Резка на ножницах. Процесс основан на упругопластической деформации и скалывании металла. Под давлением ножа разрезаемый материал заводят между нижним и верхним ножами ножниц.
Отрезные станки. Применение для резки труб, фасонного и сортового материала, на отрезных станках можно резать материал большего сечения, чем я на ножницах, и качество резки более высокое, однако трудоемкость резки на отрезных станках значительно выше, чем при резке на ножницах. Поэтому отрезные станки применяются для резки профилей, которые невозможно резать на ножницах, например под углом или в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность резки.
Термическая резка. Применяется для листового материала средних и больших толщин и труб большого диаметра. С помощью термической резки может производиться как прямолинейная, так и фигурная резка металла толщиной до 300 мм и более. Основными видами термической резки является кислородная и плазменно-дуговая резка.
Процесс кислородной резки основан на сгорании металла в среде кислорода и удалении этой средой образующихся жидких окислов.
В месте начала реза металл нагревают подогревающим пламенем резака до температуры воспламенения, затем по каналу резака подают режущий кислород, зажигают металл и перемещают резак вдоль линии реза. Для подогревающего пламени используют смесь ацетилена или его заменителя (пропан, природный газ) и кислорода, которые подаются по каналам резака в мундштук.
Плазменно – дуговая резка основана на плавлении металла в зоне реза электрической дугой и образующейся в ней струи плазмы рабочего газа. Рабочим газом при плазменно-дуговой резке являются аргон, азот, смеси аргона и азота с водородом, кислород в смеси с азотом, сжатым воздух.
Кислородной резке поддаются металлы, у которых температура воспламенения ниже температуры его плавления и температуры плавления окислов ниже температуры воспламенения и плавления металла.
Кислородная резка применяется для малоуглеродистых и низкоуглеродистых сталей толщиной от 5 до 300 мм.
Плазменно – дуговая резка применяется для малоуглеродистых и низколегированных сталей толщиной до 28 мм, коррозионно-стойких сталей толщиной до 6080 мм, алюминиевых сплавов, меди и ее сплавов.
При плазменной резке деформации металла значительно меньше, чем при кислородной резке.
Кислородная резка в отличие от плазменно-дуговой резки можно осуществлять на многорезаковых машинах. Поэтому вид резки для малоуглеродистых низколегированных сталей толщиной до 28 мм выбирают в зависимости от типа вырезаемых деталей и объеме резательных работ.
Термическая резка может производиться вручную и на машинах. Ручная резка имеет ограниченное применение, т.к. она более трудоемкая и не обеспечивает требуемую точность и качества поверхности реза. Машинная резка позволяет вырезать детали и высокой точности, исключает трудоемкие операции разметки, обеспечивает высокую производительность и поэтому является одним из наиболее прогрессивных технологических процессов. Фигурную резку металла средних и больших толщин, а также прямолинейную резку больших толщин, а также прямолинейную резку больших толщин осуществляют исключительно термической резкой.
135. Технология сварки алюминия и его сплавов.
Алюминий и его сплавы обладают специфическими свойствами, обусловливающими сравнительную сложность осуществления процесса их сварки. К таким свойствам относятся: высокая степень сродства к кислороду и образование прочного оксида Al2O3 в виде плёнки; значительное превышение температуры плавления оксидной плёнки над температурой плавления алюминия; высокая способность алюминия растворять водород; склонность к порообразованию; высокая теплопроводность; высокий коэффициент линейного расширения; большая жидкотекучесть; резкий переход из твёрдого состояния в жидкое при нагреве; склонность многих сплавов к образованию горячих и холодных трещин.
Технологические особенности сварки заключаются в следующем. При сварке конструкций из алюминиевых сплавов наибольшее распространение получили стыковые соединения. Нахлесточные, тавровые и угловые соединения желательно выполнять аргонодуговой сваркой, так как при применении сварки с флюсом, возникает опасность последующей их коррозии, вызванной остатками флюса. При сварке угловых соединений в металле шва возможно появление дефектов в виде включений оксидных пленок в корневой части стыка в связи с недостаточным перемешиванием металла и отсутствием прогрева требуемой величины. При односторонней сварке первый валик следует всегда выполнять на подкладке или применять разделку в виде замка.
Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Этот вид сварки применяется в основном при изготовлении неответственных, малонагруженных конструкций из технического алюминия, алюминиевых сплавов типа АМц и АМг, содержащих до 5% Mg, а также изделий из силумина. Сварка покрытыми электродами выполняется, как правило, при толщине листов от 4 мм и более. Металл толщиной 10 мм и выше предварительно подогревают.
Автоматическая сварка по флюсу. Сварка плавящимся электродом по флюсу используется при изготовлении конструкций типа ёмкостей, котлов, цистерн из технического алюминия и сплава АМц, как правило, достаточно большой толщины (10-30 мм). Сварка производится на постоянном токе обратной полярности. Флюсы состоят из галогенидов.
Сварка в инертных газах – наиболее распространённый способ сварки, применяющийся для изготовления сварных конструкций из алюминиевых сплавов ответственного назначения. Сварка выполняется неплавящимся вольфрамовым электродом (ручная и механизированная) и плавящимся электродом (полуавтоматическая и автоматическая). В качестве защитного инертного газа используют аргон первого сорта или гелий высокой чистоты, а для сварки плавящимся электродом – смесь аргона с гелием. Выбор вида сварки в инертных газах определяется толщиной металла, конструкцией изделия и масштабом производства.
При двухдуговой сварке с растянутой ванной создаются благоприятные условия для предупреждения образования пор.
Трёхфазная дуга является одним из наиболее мощных концентрированных источников тепла, её мощность более чем в 2 раза превышает мощность однофазной дуги при том же токе и напряжении. Трёхфазная дуга отличается высокой устойчивостью.
Сварка плавящимся электродом. Плавящийся электрод применяют при дуговой сварке алюминиевых сплавов толщиной более 4 мм. Для более тонкого металла не удаётся добиться устойчивого горения дуги при мелкокапельном струйном переносе металла. Преимущество – хорошее перемешивание ванны, невысокая вероятность получения в металле швов крупных оксидных включений, а также высокая производительность, особенно при сварке металла большой толщины. Недостаток – снижение по сравнению со сваркой неплавящимся электродом показателей механических свойств.
Плазменная сварка (сжатой дугой) алюминия и его сплавов выполняется на переменном и постоянном токе обратной полярности. Она по сравнению с аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом, позволяет повысить производительность на, снизить расход аргона, улучшить качество сварных соединений.
Электрошлаковая сварка. В настоящее время освоена электрошлаковая сварка заготовок толщиной 200-300 мм из алюминия и алюминиевых сплавов. Экономически выгодно применять ЭШС при толщине металла более 25 мм. Сварка производится электродами большого сечения – пластинчатыми и плавящимися мундштуками.
Газовая сварка осуществляется с использованием ацетилена. Сварка производится пламенем нормальной регулировки (
· = 1,1-1,20). Для защиты металла от окисления газами пламени и удаления оксидов при сварке применяют флюсы. Наибольшее распространение получил флюс АФ-4А.
136. Периоды теплонасыщения при нагреве тел движущимися источниками теплоты.
Анализ температурного поля в изделии при движении источника сварочного нагрева обычно принято производить в системе пространственных координат, перемещающейся с источником сварочного нагрева. Это удобно, поскольку через некоторый период времени от начала движения при постоянной скорости и эффективной тепловой мощности сварки наступает так называемое квазистационарное состояние, когда подвижное температурное поле практически не меняется,
Длительность наступления квазистационарного состояния (длительность периода теплонасыщения) зависит от скорости сварки, расстояния рассматриваемого объема от источника нагрева и интенсивности отвода теплоты от него. Период теплонасыщения сокращается с уменьшением расстояния от источника нагрева, увеличением скорости сварки и теплопроводности материала, ростом массы изделия и интенсивности отдачи теплоты в окружающую среду, а также с уменьшением теплоемкости материала.
Результаты исследования показывают следующее. При постоянной эффективной мощности соответствующие определенным температурам изотермы уменьшаются по длине и ширине примерно пропорционально увеличению скорости сварки v. С возрастанием эффективной мощности источника q нагретые выше определенной температуры области увеличиваются быстрее по длине, чем по ширине. Однако увеличение по ширине опережает рост величин q. Одновременное увеличение q и v при постоянной погонной энергии q/v сварки приводит в основном к увеличению длины изотерм. Ширина изотерм также увеличивается, но стремится к определенному пределу. Увеличение теплопроводности материала, при прочих равных условиях, способствует заметному укорочению изотерм и некоторому их сужению. Уменьшение теплоемкости металла су оказывает примерно такое же влияние, как и уменьшение скорости сварки.
Для массивных тел влияние перечисленных параметров режима сварки и свойств материала на температурное поле квазистационарного состояния качественно такое же, как и при сварке пластин. Однако, в отличие от сварки пластин, изменение скорости сварки в основном влияет только на ширину изотерм, а не на их длину.












137. Устройство и настройка на режим сварки трансформаторов с увеличенными магнитными полями рассеяния.
Рассмотрим устройство и принцип настройки на режим сварки трансформатора с подвижными обмотками с увеличенными магнитными полями рассеяния (рис. 34).
Данный трансформатор имеет магнитопровод стержневого типа 3, цилиндрическую первичную 1 и вторичную 2 обмотки поделенные каждая на две катушки. Первичная обмотка 1 неподвижно закреплена у нижнего ярма, а вторичная 2 при помощи винтового привода 4 может перемещаться вдоль стержней на расстояние 13 EMBED Equation.3 1415.
Падающая внешняя характеристика у трансформатора с подвижными обмотками получается благодаря увеличенному магнитному рассеянию, вызванному размещением первичной и вторичной обмоток на значительном расстоянии друг от друга.
Трансформатор имеет две ступени грубого регулирования. При параллельном соединении обмоток получаем ступень больших токов, при включении обмоток последовательно получаем ступень малых токов. Плавное регулирование режима в каждой ступени производится изменением расстояния 13 EMBED Equation.3 1415 между обмотками трансформатора. Чем больше расстояние 13 EMBED Equation.3 1415 между обмотками, тем меньше сварочный ток.
Основными недостатками трансформаторов с подвижными обмотками являются:
- трудность надежного крепления подвижных обмоток, т.к. на обмотке действуют знакопеременные силы с частотой 100 Гц, которые приводят к разрушению механизма крепления и перемещения обмоток;
- механизм перемещения обмоток усложняет его конструкцию и увеличивает габариты и массу трансформатора.



















138. Понятие хрупкости. Способы снижения склонности сварных соединений к хрупким разрушениям.
Хрупкость – это способность тела разрушаться без заметной пластической деформации.
Причинами хрупкости металлов являются:
Структура и свойства материала. Вид напряженного состояния. Скорость деформирования. Условия эксплуатации. Технологические факторы
Способы:
Конструктивное оформление отдельных элементов, уменьшающее концентрацию рабочих и остаточных напряжений.
Назначение последовательности сборочно-сварочных операций и технологических приемов выполнения сварных соединений, исключающих резкие концентраторы напряжений в зоне пластических деформаций, в том числе дефекты в виде трещин, непроваров, подрезов.
Применение присадочных материалов и режимов сварки, обеспечивающих высокую пластичность и вязкость металла швов при низких температурах.
Выбор основного металла из условий: слабой склонности металла к деформационному старению, достаточно высокой сопротивляемости распространению разрушений при эксплуатационных температурах.
Применение термической и механической обработки деталей после сварки. Например, использование высокого отпуска позволяет восстановить пластические свойства металла, утраченные в результате закалки, протекания пластических деформаций или старения металла. Снижение остаточных напряжений сводит к минимуму потенциальную энергию, накопленную конструкцией при сварке. Для перлитных сталей возможно применение нормализации или закалки с отпуском.
Применение поверхностной механической обработки (наклепа) создает в металле остаточные напряжения сжатия, которые в определенной степени компенсируют напряжения растяжения от процесса сварки, что в результате приводит к снижению общего напряженного состояния.
















139. Система автоматического регулирования проплавления с воздействием на пространственное положение дуги.
Эта система используется при сварке в CO., поворотных кольцевых стыков труб с V-образной разделкой кромок. Пространственное положение дуги изменяют, вводя поперечные колебания электрода. Функциональная схема системы приведена на рис.
Датчик системы фотодиод ФД располагают внутри свариваемых труб и визируют на формируемый корень шва. На выходе датчика формируется сигнал, пропорциональный размерам обратного валика. При отклонении размеров валика от номинального в системе вырабатывается сигнал рассогласования Uу = k(Uф- Uз), который после усиления в блоках УН и УМ приводит в движение двигатель М2. Последний через редуктор q2 перемещает в вертикальном направлении профилированный кулачок и изменяет амплитуду колебаний сварочной горелки СГ как функцию сигнала рассогласования. С увеличением проплавления амплитуда колебаний также увеличивается, тепловой поток от дуги рассредоточивается по большей площади, проплавление стыка возвращается к заданному.
В некоторых случаях механические устройства для колебания электрода могут быть заменены магнитными. Наложение знакопеременного магнитного поля вдоль оси шва вызывает поперечные колебания дуги. Изменяя параметры магнитного поля (напряженность), можно изменить амплитуду поперечных колебаний дуги, а следовательно, формирование шва.



















140. Плазменная резка листового проката. Применяемое оборудование.
Плазменно – дуговая резка основана на плавлении металла в зоне реза электрической дугой и образующейся в ней струи плазмы рабочего газа. Рабочим газом при плазменно-дуговой резке являются аргон, азот, смеси аргона и азота с водородом, кислород в смеси с азотом, сжатым воздух. Плазменно – дуговая резка применяется для малоуглеродистых и низколегированных сталей толщиной до 28 мм, коррозионно-стойких сталей толщиной до 6080 мм, алюминиевых сплавов, меди и ее сплавов
Машины для кислородной и плазменно-дуговой резки делятся на универсальные, и специальные для выполнения какой-либо определенной оперции.
Универсальные машины изготавливают стационарными и переносными.
Типы и основные параметры машин для плазменно-дуговой резки металлов установлены ГОСТ 6514-73.
Машины для плазменно-дуговой резки комплектуются режущим плазморезом (резаком), источником питания дуги электрическим током и плазмообразующей рабочей средой.
К специальным машинам относят машины для прямой и фигурной резки труб, для вырезки отверстий в трубах и обечайках, фланцерезах, установки для резки больших толщин металла и т.д.


























141. Что является исходными данными для проектирования сборочно-сварочных приспособлений? Задание на проектирование.
Проектирование специальной сборочно-сварочной технологической оснастки ведется на основании технических заданий, разработанных в соответствии с технологическим процессом изготовления изделия и утвержденных главным технологом или главным сварщиком предприятия.
Техническое задание включает: 1) технологический процесс сборки и сварки; 2) чертежи изделия (уточненный экземпляр); 3) базовые и установочные поверхности собираемых в установке (приспособлении) деталей; 4) схему расположения зажимных элементов, их тип и развиваемые ими усилия; 5) характер работы установки (приспособления) - подъемное, поворотное, подъемно-поворотное; 6) задание на проектирование встроенной в установку (стенд) вытяжной, (из зоны сварки) вентиляции; 7) рабочее давление в цеховой пневмосети; 8) рабочее напряжение электросети; 9) коэффициент сменности, режим работы и характер производства.
В техническом задании должен быть решен вопрос о способах загрузки изделия в технологическую оснастку и о связи ее с общим технологическим потоком изготовления.




























142. Технология сварки магниевых сплавов.
Особенности сварки магниевых сплавов. Магниевые сплавы обладают рядом специфических свойств, вызывающих затруднения при сварке. Это высокая химическая активность и сильное сродство магния к кислороду. При нагреве до сварочных температур происходит активное окисление магния с образованием оксидной пленки. Соединение магния с кислородом нерастворимо в расплавленном металле и имеет температуру плавления значительно выше (2800°С), чем металл (650°С). При сварке магний активно взаимодействует и с другими газами атмосферы.
Для нормального проведения процесса сварки необходимо удалять оксидную пленку со свариваемых поверхностей до начала сварки. В ряде случаев для удаления оксидных пленок применяют флюсы на основе хлоридных и фторидных солей, которые содержат активные компоненты, растворяющие оксиды и переводящие их в легкоплавкие шлаки. Магниевые сплавы склонны к образованию кристаллизационных трещин в связи с возможностью появления по границам зёрен легкоплавких эвтектик. В связи с большим коэффициентом линейного расширения сплавов магния при сварке возникают значительные напряжения, способные вызвать большие коробления изделий. Для их уменьшения и предотвращения возможности образования трещин рекомендуется производить сварку с подогревом, а сваренные изделия подвергать отжигу при 250(С в течение 0,5-1 ч.
Из всех существующих способов сварки плавлением только при дуговой сварке в среде инертных газов можно избежать применения флюсов. Оксидная пленка в этом случае разрушается сварочной дугой, горящей в инертном газе. Процесс разрушения оксидной пленки при сварке в инертной среде (катодное распыление) имеет место только тогда, когда поверхность металла является катодом, т. е. при обратной полярности сварочного тока. Для предупреждения провисания сварочной ванны под действием собственного веса под свариваемый стык, как и при сварке алюминиевых сплавов, помещают специальную подкладку.
Сварка в инертных газах. Для магниевых сплавов наиболее широко применяют ручную и механизированную сварку вольфрамовым электродом в среде аргона первого сорта. Значительно реже используют автоматическую сварку плавящимся электродом.
Сварка вольфрамовым электродом выполняется на переменном токе, может быть использована для любых видов соединения. При сборке необходима тщательная подгонка кромок. Металл толщиной до 3 мм сваривают без разделки кромок, при толщине листов 3-6 мм необходима V–образная разделка и при толщине более 6 мм – Х–образная разделка с притуплением 1,5 – 2 мм. Сварку выполняют на повышенной скорости. Это позволяет свести к минимуму отрицательное тепловое воздействие сварки на металл в зоне термического влияния. Длину дуги поддерживают минимальной (1-1,5 мм) для эффективного разрушения оксидов за счёт катодного распыления и улучшения защиты зоны сварки инертным газом.
Для ручной сварки металла толщиной до 3 мм применяют вольфрамовые лантанированные или иттрированные электроды и ток Iсв = (30-40)dэ. Автоматическая сварка возможна для металла толщиной от 1 мм и выше вольфрамовым электродом диаметром 2-6 мм на сварочном токе Iсв = (40-75)d
Сварка плавящимся электродом целесообразна при толщине металла более 5-6 мм. Сварка производится на постоянном токе обратной полярности. Для сварки используется электродная проволока небольшого диаметра: 1-3 мм; величина тока Iсв = (130-150)d.
Электрошлаковая сварка. При сварке сплавов магния большой толщины рекомендуется способ ЭШС электродными проволоками – для швов большой протяжённости и пластинчатым электродом – для швов малой протяжённости. По химическому составу металл шва почти не отличается от свариваемого. Доля участия основного металла в металле шва составляет 30-40%.
143. Технология сварки меди и её сплавов.
Свариваемость меди затруднена по следующим причинам: высокая теплопроводность; высокий коэффициент теплового расширения; медь склонна к росту зерна.
Сварой шов рекомендуется проковывать (600-800 С). Сварные швы меди могут содержать большое кол-во пор, это связано с выделением газа. Высокая теплопров-ть затрудняет дегазацию св. ванны. Устранение пор достигается предв. подогревом.
Образованию горячих трещин способствуют сера, свинец, висмут, оксиды которых дают легкоплавкие эвтектики. В сварном шве и околошовной зоне меди может развиваться водородная болезнь, для ее предупреждения следует уменьшать количество водорода в зоне сварки путем прокалки электродов и флюсов, кромки и электродная проволока должны быть тщательно зачищены до металлического блеска, применением осушенных защитных газов. Сварка медных стыков в различных пространственных положениях вызывает особые трудности, связанные с высокой теплопроводностью и жидкотекучестью меди.
Для меди и ее сплавов возможно применение практически всех основных способов сварки плавлением: ручной дуговой сварки покрытыми электродами, под слоем флюса, в среде защитных газов, электрошлаковой сварки, газовой сварки.
Медь толщиной до 4 мм сваривают без разделки кромок; до 10 мм – с односторонней разделкой при угле скоса кромок до 60-70( и притуплением 1,5-3 мм. Использование электродов серии АНЦ позволяет выполнять стыковые соединения на меди толщиной до 20 мм без разделки кромок одно- или двусторонними швами.
Сварка покрытыми электродами выполняется на постоянном токе обратной полярности. Сварку ведут короткой дугой без поперечных колебаний электрода. Удлинение дуги ухудшает формирование шва, увеличивает разбрызгивание, ухудшает механические свойства сварных соединений. При сварке стыковых соединений используют металлические (стальные или медные) или асбестовые подкладки. Сварку производят в нижнем положении или слегка наклонном положении (на подъем).
Сварка под флюсом. Основным преимуществом автоматической сварки меди под флюсом металлическим электродом является возможность получения стабильных высоких механических свойств соединений без предварительного подогрева. Под флюсом медь сваривают нагартованными электродными проволоками из бескислородной или раскисленной меди. Для сварки меди могут применяться стандартные плавленые флюсы АН-348А, ОСЦ-45, АН-20С, АН-26С, предназначенные для сварки сталей. При сварке под этими флюсами меди толщиной 4-10 мм затруднений не возникает. Но в процессе сварки в металл шва переходят кремний и марганец, восстановленные из шлака. В результате ухудшаются теплофизические свойства и повышается удельное электросопротивление швов по сравнению с основным металлом. Применение бескислородных фторидных флюсов, например марки АН-М1, позволяет устранить этот недостаток.
Сварка в среде защитных газов. В качестве защитных газов при сварке меди можно использовать аргон, гелий, азот. При сварке в аргоне и гелии неплавящимся электродом длина дуги должна быть как можно меньше (обычно около 3 мм). Сварке в среде защитных газов может осуществляться неплавящимся (вольфрамовым) и плавящимся электродами. Неплавящимся электродом сваривают в аргоне без предварительного подогрева медь толщиной до 4-6 мм, в гелии и азоте – толщиной до 6-8 мм. Плавящимся электродом можно сваривать без подогрева металл большой толщины: в аргоне – до 6-8 мм, в гелии и азоте – до 10-12 мм. Сварка вольфрамовым электродом осуществляется на постоянном токе прямой полярности. Медь толщиной до 56 мм можно сваривать без разделки кромок. Для металла больших толщин применяют V–образную и Х–образную разделку с углом раскрытия 60-700. Применение флюс-паст позволяет увеличить проплавляющую способность дуги.
Газовая сварка меди осуществляется ацетилено-кислородным пламенем, а также пламенем газов-заменителей ацетилена (например, МАФ). Пламя должно быть строго нормальным. Мощность пламени горелки выбирают из расчёта 155-175 дм3/час ацетилена на 1 мм толщины свариваемого металла при толщине до 4 мм. Для газовой сварки меди применяют флюсы на основе буры.
144. Трехфазная сварочная дуга. Три основные электромагнитные схемы источников питания трехфазной дуги.
Трехфазной дугой называют сварочную дугу, горящую между двумя электродами и изделием.
1, 3- дуги прямого действия; 2- дуга косвенного действия
Для устойчивого горения дуги напряжение 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 сдвинуты по фазе на угол 13 EMBED Equation.3 1415=120
·, поэтому дуги 1, 2, 3 горят поочередно, а в переходные моменты - по две дуги одновременно. Вследствие этого среда между изделием и электродами ионизирована, а это благоприятно сказывается на устойчивости горения дуги. При равных напряжениях подведенных к трехфазной дуге может гореть не более двух дуг. Объясняется это тем, что на торце электрода не могут существовать одновременно анодное и катодное пятна.
Для питания трехфазной дуги могут быть использованы однофазные трансформаторы, соединенные соответствующим образом и специальные трехфазные трансформаторы.
Схема горения трехфазной дуги
Существуют три основные электромагнитные схемы источника питания трехфазной дуги для сварки плавящимися электродами: а) с подвижными обмотками; б) с трехфазным дросселем насыщения; в) с магнитной коммутацией
13 EMBED KOMPAS.FRW 141513 EMBED KOMPAS.FRW 141513 EMBED KOMPAS.FRW 1415
Схема питания трехфазной дуги: с подвижными обмотками; с трехфазным дросселем насыщения; с магнитной коммутацией
В трехфазных трансформаторах с подвижными обмотками при сварке на больших токах наблюдается значительная вибрация подвижных частей. А это приводит к изменению основных параметров сварки, которые сказываются на устойчивом горении дуги.
Трансформаторы с дросселем насыщения просты и надежны в эксплуатации. Однако они не позволяют регулировать напряжение холостого хода.
Наиболее перспективными являются источники питания с магнитной коммутацией. В этих трансформаторах возможно изменение величины напряжения холостого хода и регулирование наклона вольтамперной характеристики, что обеспечивает устойчивое горение дуги.
Механизированная сварка трехфазной дугой применяется для соединения стальных и алюминиевых сплавов больших толщин. Сварка трехфазной дугой 2-2,5 раза производительнее, чем однофазная дуговая сварка. Однако широкого применения сварка трехфазной дугой не получила, так как оказалось неконкурентоспособной с электрошлаковой.



145. Оценка возможности потери устойчивости тонколистовых элементов сварных конструкций.
Наиболее ярко явление потери устойчивости проявляется в тонкостенных конструкциях: в сжатых оболочках и стенках. Поэтому при проектировании таких конструкций одновременно с расчетом на прочность ведется и расчет на устойчивость как отдельных элементов или узлов, так и системы в целом.
Анализ устойчивости представляет собой совокупность приемов, позволяющих предсказывать поведение системы под действием сжимающих сил, определять критическую силу, величину и динамику изменения формы конструкции, не всегда дает надежные ответы на практические вопросы поведения реальных объектов. В качестве примера может служить случай нагружения цилиндрической оболочки осевым сжимающим усилием .
Напряжение потери устойчивости, определенное по классической теории:
13 EMBED Equation.3 1415,
где h - толщина стенки, R - радиус оболочки.
Многочисленные эксперименты показывают, что реальное напряжение соответствующее началу потери устойчивости имеет величину в 3-4 раза меньшую, чем теоретическое. Возникающие расхождения слишком велики и систематичны чтобы их можно было объяснить случайными причинами. Они возникают из-за того, что реальные оболочки всегда имеют некоторые отклонения f от идеальной формы. Учет начального отклонения формы позволяет получить теоретическое решение в виде интервала критических напряжений, при практических расчетах необходимо ориентироваться на нижнюю границу этого интервала.
При анализе поведения конструкции под действием сжимающих усилий необходимо учитывать характер закрепления ее элементов, наличие или отсутствие пластических деформаций, особенности приложения нагрузки и ряд других факторов.
В сварных конструкциях потеря устойчивости возможна как в результате действия рабочих нагрузок на готовое изделие, так и в процессе изготовления. Последнее происходит в результате появления сжимающих напряжений, вызванных неравномерностью нагрева при сварке.














146. Автоматизация управления положением сварочной головки (следящая система с регуляторами прямого действия).
Эти системы наиболее простые, измерение неотделимо от управления. Сварочная головка имеет одну или несколько свободных (неприводных) подвижностей и связана непосредственно со щупом, выполненным в виде ролика или неподвижного копирного пальца. Щуп постоянно прижат к поверхностям разделки кромок стыка или другим поверхностям свариваемых элементов, под действием пружин или сил тяжести. При одном щупе-ролике возможно направление горелки по разделке стыка без прихваток.
Для повышения точности направления сварочной головки по стыку целесообразно использование двух- и трех щупов-роликов с независимым поджатием к изделию.
Схема устройств прямого действия для направления сварочного инструмента по линии соединении: 1 свариваемое изделие; 2 копирный ролик; 3 пружина; 4 звено, перемещающееся вдоль линии соединения; 5 подвижность, обеспечивающая корректировочное перемещение; 6 сварочная горелка.
Устройство применяется при сварке преимущественно стыковых соединении с разделкой или гарантированным зазором, собранных без прихваток или на прихватках. При выполнении угловых швов это устройства применяют при сварке в положении «в лодочку». При сварке «в угол» корректирующие перемещения могут быть направлены либо поперек и вдоль оси электрода либо быть перпендикулярны к полкам свариваемого соединения.
Прямое копирование по вертикали и под большими углами к горизонтали применяют при небольшой или частично уравновешенной массе перемещаемых частей.
Копирный ролик под действием пружин, создающих силы F1 и F2, занимает строго нейтральное положение (до соприкасания с изделием). Это достигается благодаря тому, что сила F2 прижимает к уступу корпуса упорную шайбу, а сила F1 меньшая, чем сила F2, прижимает к этой же шайбе подвижный элемент, жестко связанный с копирным роликом. Чтобы усилия, требуемые для смещения ролика из нейтрального положения в обе стороны, были равны, необходимо обеспечить в нейтральном положении выполнение условия: F2= 2F1 (без учета силы тяжести подвижных частей).
Эта схема позволяет реализовать прямое копирование поверхностей изделия в точках, расположенных сбоку (на траверсе) точки сварки.
Недостатки регуляторов прямого действия: 1) невозможность их применения при сварке стыковых соединений без разделки и гарантированного зазора в стыке, а также нахлесточных соединений с толщиной верхнего листа менее 3 мм; 2) необходимость специальной конструкции сварочного аппарата «с плавающей» в направлении слежения частью, несущей сварочную горелку; 3) при невозможности копирования сбоку точки сварки и нецелесообразности применения планок для вывода щупа необходимо предусматривать фиксацию «плавающей» части аппарата перед выходом щупа из контакта с изделием при наложении конечного участка шва, а также обеспечивать достаточно высокую жесткость конструкции всей манипуляционной системы, чтобы снятие усилия копирования после выхода щупа из контакта с изделием не вызывало чрезмерного дополнительного смещения сварочной горелки из зафиксированного перед этим положения.
От указанных недостатков свободны следящие системы с регуляторами непрямого действия.
147. Технология сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в защитных газах.
Низколегированные низкоуглеродистые стали содержат до 5 % легирующих элементов и до 0,25 % углерода. По своему назначению они делятся на две большие группы: конструкционные и теплоустойчивые стали.
Наиболее распространёнными низколегированными низкоуглеродистыми сталями являются 14Г, 09Г2, 14Г2, 12ГС, 09Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД. При сварке они обычно образуют сварные швы перлитной структуры. Однако при высоких скоростях охлаждения в шве может образовываться бейнит и мартенсит.
При высоких скоростях охлаждения, снижается пластичность и возрастает твёрдость шва, увеличивается содержание в шве мартенсита. Это в некоторых случаях может привести к образованию трещин. В случаях, когда ожидаются повышенные скорости охлаждения вследствие увеличенного теплоотвода, целесообразно выполнение небольшого предварительного подогрева до 150-200°С. В остальном технология и режимы сварки низколегированных низкоуглеродистых сталей мало отличаются от сварки обычных низкоуглеродистых сталей.
При сварке в защитных газах применяются обычно газ СО2 или смесь Аг+СО2. Смеси более предпочтительны, так как позволяют обеспечить высокую ударную вязкость шва. Используются сварочные проволоки сплошного сечения Св08Г2С, Св08ХГС, Св08ХГ2С; порошковые проволоки ПП-АН10, ПП-АН22; активированные проволоки АП-АН2; АП-АН24.
























148. Тонкая пластина из низколегированной стали (( =6 мм) проплавляется дугой на режиме: I =350 A, U = 10 В, ( = 18 м/ч. Определить ширину зоны, нагревшейся выше 700°С (принять ( = 0,6; с( = 5 Дж/(см3 град)).
Ширина зоны нагрева для линейного источника в пластине определяется по формуле 13 EMBED Equation.DSMT4 1415
Мощность источника теплоты
q = U·I·
· = 350 · 10 · 0,6 = 2100 Вт
Скорость источника
· = 18 м/ч = 0,5 см/с.
13 EMBED Equation.3 1415 см.
































149. Принцип работы полупроводника.
При отсутствии приложенного извне напряжения движение электрических зарядов через n-p-переход носит характер диффузии основных носителей заряда, «n» диффундирует в «p», заряжая ее отрицательно, а электроны «p» диффундируют в «n», заряжая положительно (рис. 35, а).


13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

а
б
в

Принцип работы полупроводника: а- напряжение отсутствует; б- прямое напряжение; в- обратное напряжение
В результате на границе полупроводников образуется двойной электрический слой, создающий потенциальный барьер. Результирующий ток равен нулю.
Если полупроводниковый диод присоединить к источнику электрического тока, то начнется перемещение заряда в областях «n» и «p» от электронов к границе перехода «n-p». При этом объединенный пограничный слой пополняется притекающими носителями зарядов, сопротивление «n-p» перехода уменьшается и потенциальный барьер снижается. Электроны проводимости идущие в проводнике типа «n» легко переходят через потенциальный барьер. Этот процесс протекает тем легче, чем выше приложенное напряжение 13 EMBED Equation.3 1415. В результате в цепи диода будет протекать ток 13 EMBED Equation.3 1415.
Если на диод подать обратное напряжение 13 EMBED Equation.3 1415, основные носители заряда будут перемещаться от границы перехода к электронам (рис. 35, в). Обделенный основными носителями заряда пограничный слой еще более расширяется и обедняется, образуя у контактных поверхностей защитный слой. Величина обратного тока 13 EMBED Equation.3 1415 в этом случае будет незначительна. Включенный в цепь переменного тока, диод пропускает ток только в одном направлении, то есть выпрямляет его. При большом значении обратного напряжения обратный ток может резко возрасти, и произойдет пробой диода. Зависимость прямого и обратного тока от подводимого напряжения выражается вольтамперной характеристикой диода.











150. Сварочные напряжения, деформации и перемещения. Общие понятия и классификация.
Рассмотрим в плоскости сечения, разделяющего тело на две части, малую площадку (F c нормалью N, содержащую некоторую точку М. Ввиду малости площадки (F действующие на нее внутренние силы можно считать равномерно распределенными, а их равнодействующую (Рп -приложенной в центре площадки. Отношение (Рп /(F представляет собой среднюю интенсивность внутренних сил на площадке (F и называется напряжением на данной площадке. Напряжением в точке М на данной площадке (F называется предел соотношения равнодействующей внутренних сил (Рп, действующих на этой площадке, к ее площади при стягивании ее в точку М.
Внешние силы создают напряженное состояние тела и одновременно деформируют его, то есть изменяют его форму и размеры без изменения массы.
Отношение изменения длины бесконечно малого линейного элемента тела к его первоначальной длине называется относительной линейной деформацией в точке по данному направлению.
Изменение прямого угла между двумя бесконечно малыми линейными элементами, выходящими из одной точки, называется сдвигом в этой точке в плоскости линейных элементов.
Изменение положения (координат) точки тела при деформации называется перемещением.
Деформированным состоянием в точке тела называется совокупность деформаций всех линейных элементов, проходящих через данную точку.
Полностью деформированное состояние в точке определяется относительными линейными деформациями трех взаимно перпендикулярных линейных элементов тела, проходящих через данную точку, и тремя углами сдвига этих линейных элементов в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
Несмотря на очевидную разницу между понятиями «деформация» и «перемещение» исторически сложилось так, что в большинстве случае под названием «сварочные деформации» фактически понимают перемещения отдельных точек сварной конструкции, а не деформации металла, как это рассматривается в теории упругости и пластичности.









151. Автоматизация управления положением сварочной головки (следящие системы с регуляторами непрямого действия).
Для автоматического управления положением сварочной головки (электрода) относительно свариваемого изделия предложено большое количество разнообразных следящих систем, однако в промышленности они применяются недостаточно широко. Это объясняется главным образом отсутствием или малой надежностью датчиков, пригодных для условий сварочного производства.
Следящим системам с регуляторами непрямого действия присуще разнообразие способов преобразования информации, полученной от датчика, в сигнал, используемый для управления положением сварочной горелки.
Следящие системы с электромеханическими датчиками. Основная особенность электромеханических датчиков наличие в них копирующего элемента щупа, который-под действием пружин или сил тяжести находится в контакте с копируемыми поверхностями или кромками изделия. Точка копирования может находиться перед точкой сварки или сбоку от нее.
Следящие системы с фотоэлектрическими датчиками. Датчики этих систем можно отнести к группе так называемых видеосенсоров. Сигнал управления возникает при смещении датчика относительно контрастной линии, границ отражающих или излучающих поверхностей и экранирующих элементов.
Следящие системы с электроразрядными датчиками. Они основаны на использовании электрической цепи, образуемой щупом-электродом, изделием и электрическим разрядом (например, дугой) между ними. В качестве щупа-электрода можно использовать специальный электрод, расположенный впереди точки сварки, или сварочный электрод. Последний вариант наиболее перспективный.
Следящие системы с электромагнитными датчиками. Они наиболее распространенные. Электромагнитные датчики могут быть использованы для определения положения: стыка без разделки кромок, кромки верхнего листа нахлесточного соединения, скосов кромок; для измерения расстояния до поверхности свариваемых элементов, ширины зазора, величины превышения кромок, а также для определения положения начала и конца свариваемого изделия или прихваток.
Следящие системы с телевизионными датчиками. Они относятся к наиболее современным и перспективным, создаются на базе прикладных (промышленных) телевизионных установок (ПТУ) замкнутого типа.
Из анализа особенностей различных следящих систем следует, что способ измерения положения стыка свариваемого соединения, датчик и его конструкцию можно выбрать, учитывая следующие основные факторы: тип сварного соединения; габариты свободного пространства в зоне, прилегающей к соединению; материал изделия; характер его поверхности и кромок, подготовленных под сварку; особенности технологического процесса изготовления изделия.







152. Какими исходными данными руководствуются при разработке и проектировании производственных процессов?
Сварочное производство – комплексное производство, включающее в себя основные операции: заготовительные (раскрой металла; обработка и подготовка кромок), сварочные (операции с применением специализированной оснастки, непосредственно сварочный процесс, а также правку, термообработку, отделку сварных конструкций межоперационный и окончательный контроль готовых сварных швов и изделий, кроме того, в сварочное производство входят и другие вспомогательные операции (транспортировочные, наладочные), а также операции по обслуживанию и ремонту сварочной техники и вспомогательного оборудования.
Как показывает опыт производства сварочных конструкций, не сварочные операции в объеме этого производства составляют до 70% от общей трудоёмкости изготовления изделий.
При осуществлении собственно сварочных операций, в том числе при применении механизированных методов сварки, выполняются вспомогательные приёмы по установке и компоновки изделий под сварку, зачистке кромок и швов, сбору флюса, установке автоматов в начале швов, перемещению изделий и т. п., на выполнение таких приемов приходится в среднем 30-35 % трудоёмкости сварочных операций.
Во многих случаях применение немеханизированных приемов выполнения отдельных операций является недостаточным, особенно при серийном типе производства. Таким образом, необходимо стремиться к реализации комплексной механизации всего или большей части технологического процесса изготовления изделий.
Комплексная механизация сварочного производства имеет применения во многих отраслях промышленности, в частности, при изготовлении прямошовных труб, коробчатых балок полотнищ нефтерезурвуаров, кузовов автомобилей, при производстве элементов бытовой техники и т. п.
Автоматические линии применяются в производстве отопительных радиаторов, труб со спиральным швом, сеток арматуры железобетона и других изделий. Кроме того экономически целесообразным является применение автоматических линий для раскройки мета














153. Распределение напряжений в стыковых соединениях при приложении нагрузки. Расчет на прочность.
В стыковых соединениях с обработанными гладкими поверхностями швов, не имеющих внутренних дефектов (непроваров, пор, трещин, шлаковых включений), напряжения от приложенной нагрузки распределяются по сечению соединяемых элементов равномерно.
Теоретически установлено, что концентрация напряжений в зоне стыкового шва может быть связана с рядом причин.
При наличии искривлений поверхности шва появляется неравномерность распределения (концентрация) напряжений, что связано с искривлением силовых линий. Зоны шва, граничащие с основным металлом, испытывают концентрацию напряжений. Средние напряжения на оси шва
·* несколько меньше напряжений на поверхности основного металла
·. При ширине шва равной 13 мм, толщине металла s =12 мм, усилении
·s = 3 мм коэффициент концентрации напряжений достигает значения 1,6.
Источником концентрации напряжений в стыковом шве может быть смещение кромок (депланация) стыкуемых элементов. Концентрация напряжений может быть вызвана местным изгибом стыкового соединения от неравномерного сокращения шва .
Коэффициенты концентрации напряжений характеризуют неравномерность напряженного состояния лишь при работе соединения в пределах упругих деформаций.
Когда результирующая деформация превышает предел текучести, рост напряжений в соединении прекращается и происходит их выравнивание. Концентрация же деформаций продолжает увеличиваться до момента разрушения.
Величины коэффициентов концентрации напряжений, вызванных различными причинами, могут быть рассчитаны на основании эмпирических зависимостей.
При качественном технологическом процессе и рациональном очертании стыкового шва коэффициент концентрации напряжений может быть близок к единице. В других типах соединений такой результат получить невозможно.















154. Принцип и особенности сварки в среде инертных газов.
Сварка в инертных газах производится неплавящимся вольфрамовым электродом или плавящимся электродом, по химическому составу близким к составу свариваемого материала, она может осуществляться вручную, полуавтоматически и автоматически.
При ручной дуговой сварке в среде инертного газа кромки свариваемого изделия и присадочного металла расплавляются дугой, горящей между неплавящимся электродом и изделием. Дуга, сварочная ванна, торец присадочной проволоки и кристаллизующийся шов защищены от воздуха инертным газом, подаваемым в зону сварки горелкой. Сварочную горелку перемещают и подают присадочную проволоку в зону горения дуги вручную.
Полуавтоматическая сварка. Этот способ сварки применим для изделий с криволинейными и короткими швами, особенно в монтажных условиях. В процессе сварки горелка опирается на механически подаваемую от редуктора присадочную проволоку и перемещается благодаря ее отталкивающему действию. Это обеспечивает равномерную скорость сварки и равную скорости подачи проволоки. Сварка может выполняться в нижнем, горизонтальном и вертикальном положениях.
Автоматическая сварка осуществляется без и с присадочными материалами. Односторонняя сварка неплавящимся электродом встык без разделки кромок может быть выполнена полным проваром при толщине не более 5мм. Процесс сварки без присадочного материала чрезвычайно прост и получил достаточно широкое распространение. Образование сварочного шва без присадки происходит за счет расплавления стыкуемых кромок. Свариваемые заготовки собираются без зазора. Процесс автоматической сварки с присадочной проволокой получил широкое распространение для соединения заготовок толщиной более 1,5 мм. Присадочная проволока подается с заданной скоростью, которая регулируется в достаточно широких пределах.
Основные технологические параметры процесса сварки. Технологические характеристики процесса сварки вольфрамовым электродом зависят главным образом от рода, полярности, величины сварочного тока, длины дуги, размеров и формы торца вольфрамового электрода. Сварка постоянным током прямой полярности характеризуется максимальной проплавляющей способностью. В диапазоне токов до 600 А доля тепловой мощности, вводимой в изделие, составляет 60-80 %; потери на нагрев вольфрамового электрода – около 5 %, а лучевые потери от столба дуги – 5-35 %. При сварке постоянным током обратной полярности потери на нагрев неплавящегося электрода – анода ( составляют около 50 % общей мощности дуги. Поэтому с энергетической точки зрения сварка током обратной полярности невыгодна. Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом применяется для стыковых, угловых и нахлесточных соединений в различных пространственных положениях. Форма подготовки кромок зависит от толщины соединяемых элементов и возможности производить сварку с одной или двух сторон




155. ВАХ стабильного газового разряда. Зависимость напряжения от длины дуги.
Для стабильного горения дуги требуется выполнение следующих условий: 1. 13 EMBED Equation.3 1415 2. 13 EMBED Equation.3 1415
Рассмотрим падающие статическая характеристики дуги и внешней характеристики источника питания. При совмещении ВАХ источника 2 и дуги 1 условия устойчивого горения выполняются в двух точках: А и В. Рассмотрим процесс в точке А. В этой точке при уменьшении сварочного тока напряжение ИП оказывается большим, чем необходимо для горения дуги, что приведет к возрастанию силы тока, и процесс вернется в точку А. Увеличение силы тока в точке А требует большего напряжения. Однако напряжение источника питания будет меньшим, что вызовет снижение силы тока, и режим дуги вновь переместится в точку А. Тоже самое и в точке В.
Теперь рассмотрим случаи, когда статическая характеристика дуги и внешняя характеристика ИП жесткие (а) и когда статическая характеристика дуги и внешняя характеристика ИП возрастающие (б). Устойчивый процесс существования дуги будет лишь в точке А.
Анализ всех трех процессов позволяет сделать следующие выводы:
Если статическая характеристика дуги падающая, то для устойчивого горения дуги требуется источник питания только с крутопадающей внешней характеристикой;
При наличии жесткой статической характеристики дуги источник питания должен иметь внешнюю падающую характеристику.
Для устойчивого горения дуги с возрастающей статической характеристикой дуги может применяться источник питания с внешней жесткой и возрастающей характеристиками.
Рассмотрим, как изменятся величина 13 EMBED Equation.3 1415 при изменении 13 EMBED Equation.3 1415 при использовании ИП с внешними крутопадающей (1) и пологопадающей (2) характеристиками.
При установившемся режиме сварки, когда 13 EMBED Equation.3 1415 постоянная, все ВАХ ИП и дуги пересекаются в одной точке. Если 13 EMBED Equation.3 1415 увеличилась, то уменьшился номинальный сварочный ток. Это изменение сварочного тока у ИП с пологопадающей характеристикой 13 EMBED Equation.3 1415 больше, чем у источника с крутопадающей характеристикой 13 EMBED Equation.3 1415. Если 13 EMBED Equation.3 1415уменьшилась, то увеличивается сварочный ток. Изменение сварочного тока у ИП с пологопадающей характеристикой 13 EMBED Equation.3 1415 больше, чем у ИП с крутопадающей характеристикой 13 EMBED Equation.3 1415.


156. Характеристика процесса ЭШС как объекта регулирования.
Качество сварного соединения при электрошлаковой сварке (ЭШС) так же, как и при других способах сварки, определяется соответствием комплекса механических свойств шва и околошовной зоны свойствам основного металла.
Режим ЭШС в сравнении с режимом дуговой сварки определяется значительно большим количеством параметров: током и падением напряжения на ванне Iш и Uш, поперечным сечением электрода Fэ, глубиной шлаковой Нш и металлической Нм ванн, «сухим» вылетом электрода hэ, положением конца электрода относительно зеркала металлической ванны lш, скоростью сварки Vсв, скоростью поперечных перемещений электродов Vп, приближением а и выдержкой электродов у ползунов
·, родом тока и полярностью.
Особенность процесса ЭШС – возможность его устойчивого протекания при жестких и пологопадающих внешних характеристиках источников питания. При низком напряжении холостого хода уменьшается вероятность случайного возбуждения дуги между электродом и металлической ванной, упрощается настройка режима.
Другой важной особенностью процесса ЭШС является большая, чем при дуговой сварке, взаимосвязанность параметров режима. Так, сварочный ток Iш зависит не только от Uш, Vп, вылета электрода lв, но и от зазора
· между кромками свариваемых деталей и скорости сварки. Однако все эти факторы оказывают слабое влияние на Iш и главным регулирующим воздействием на сварочный ток считают скорость подачи электрода Vп.
Падение напряжения Uш зависит от глубины погружения электрода в шлак, равной разности (lв – hэ), удельного сопротивления шлака (
·ш), сопротивления вылета электрода. Увеличение Uш сопровождается увеличением расстояния lш и уменьшением проводимости ванны. Избыток мощности идет на дополнительное расплавление основного металла. При снижении напряжения Uш величина lш уменьшается и проводимость ванны возрастает. Снижается средняя температура шлаковой ванны, что может привести к непроварам. При малых Uш возможен местный перегрев шлака и его вскипание, которое обычно сопровождается образованием дуги и нарушением процесса ЭШС.
Глубина ванны Нш определяется уровнем зеркала металлической ванны относительно ползунов. Воздействием на скорость Vп или на скорость перемещения ползунов Vсв можно регулировать уровень металлической ванны относительно ползунов и ее глубину Нм.
Анализ влияния различных возмущений на процесс ЭШС показывает, что практически невозможно компенсировать отклонение одного параметра без нарушения геометрических размеров шва, доли основного металла в шве, термического цикла и т.п. Поэтому для получения качественных сварных соединений необходимо поддерживать с требуемой точностью все параметры режима сварки или изменять их по определенному закону, если это нужно по технологическим соображениям.


157. Классификация источников питания по основным признакам.
1. По количеству фаз питания источники могут быть:
однофазные (напряжение питающей сети 220 Вольт);
двухфазные (напряжение питающей сети 380 Вольт);
трехфазные (напряжение питающей сети 380 Вольт).
2. По роду тока все источники питания делятся на:
источники питания переменного тока (трансформаторы);
источники питания постоянного тока (выпрямители, генераторы).
3. По способу получения энергии источники питания могут быть:
зависимые–источники, получающие энергию от стационарной электрической сети;
независимые –источники, получающие энергию от двигателя внутреннего сгорания.
4. По назначению источники питания могут быть предназначены:
для ручной дуговой сварки;
для полуавтоматической механизированной сварки;
для автоматической механизированной сварки;
для электрошлаковой сварки.
5. По применению бывают:
специализированные источники питания;
общепромышленные источники.
6. По количеству обслуживаемых постов существуют источники питания:
однопостовые – рассчитаны на обслуживание одного сварочного поста;
многопостовые – могут обслуживать от одного до двенадцати постов.
7. По магнитным полям рассеяния могут быть:
источники питания с нормальными магнитными полями рассеяния;
источники питания с искусственно увеличенными магнитными полями рассеяния.


















158. Устройство простейшего трансформатора. Типы магнитопроводов.
Электромагнитный прибор, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения, но той же частоты, называется трансформатором. Он был изобретен П.Н. Яблочковым в 1876 г. Простейший трансформатор состоит из магнитопровода и двух изолированных друг от друга катушек (их называют обмотками) с разным числом витков.
Конструктивная схема трансформатора: 1- магнитопровод; 2- стежки; 3- верхнее ярмо; 4- нижнее ярмо; 5- 13 EMBED Equation.3 1415- первичная обмотка; 6- 13 EMBED Equation.3 1415- вторичная обмотка
Магнитопровод трансформатора 1 представляет собой замкнутую магнитную цепь, предназначенную для прохождения главного магнитного потока 13 EMBED Equation.3 1415. Магнитопровод изготавливается из листовой мягкой электротехнической стали толщиной 0,35 - 0,5 мм, та часть магнитопровода, на которой размещены катушки обмоток, называется стержнем 2. Стержни между собой соединяются верхним 3 и нижним 4 ярмом.
В первичной обмотке 5 сварочного трансформатора большее количество витков, а сечение провода меньше, чем во вторичной обмотке 6. Если число витков в первичной обмотке 13 EMBED Equation.3 1415 больше, чем во вторичной 13 EMBED Equation.3 1415, то трансформатор понижающий. Сварочный трансформатор есть понижающий трансформатор, т.к. в нем первичное напряжение 13 EMBED Equation.3 1415 220 или 380 В понижается до 80 В. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом трансформации 13 EMBED Equation.3 1415: 13 EMBED Equation.3 1415У понижающего трансформатора 13 EMBED Equation.3 1415 больше единицы.
Поскольку магнитный поток катушки пропорционален числу ее витков, то можно считать, что 13 EMBED Equation.3 1415 т.е. сила тока в обмотках трансформатора обратно пропорциональна числу витков.

















159. Защита выпрямительного блока от перегрузки по току и напряжению.
Если ИП имеет жесткую ВАХ, и сварка ведется не плавящимся электродом, то при работе дугового промежутка с использованием осциллятора возникает пик тока, который превосходит установившийся сварочный ток в 4-8 раз.
В связи с этим полупроводниковые вентили должны обладать высокой теплостойкостью и легко выдерживать перегрузки по току и напряжению. Этим требованиям отвечают селеновые и кремниевые вентили, которые рассчитаны на сотни ампер. Германиевые уступают им и реже применяются. Максимальные температуры, которые выдерживают вентили без пробоя, следующие: у германиевых до 80 єС, у селена до 100 єС, у кремниевых до 150 єС.
Для защиты диодов и тиристоров от перегрева применяют воздушное принудительное или водяное охлаждение выпрямительных блоков. Однако если повышенный ток длительное время превышает установленный, то необходимо вентили включать параллельно, чтобы плотность тока для каждого вентиля была в пределах 60-80 А/смІ. А так как ВАХ отдельных вентилей одного типа имеет технологический разброс необходимо включать в цепь уравнительные резисторы R (рис. 41, а).
13 EMBED 1415 13 EMBED PBrush 1415
Схема включения вентилей: а- при повышенном токе; б- при повышенном напряжении
Число параллельно включенных вентилей определяется отношением среднего значения выпрямленного тока в плече 13 EMBED Equation.3 1415 и допустимого номинального тока в вентиле 13 EMBED Equation.3 1415: 13 EMBED Equation.3 1415
Для предотвращения пробоя выпрямленного тока вследствие повышенного напряжения вентили включают последовательно с делителями напряжения. Если в схеме выпрямителя на вентиль приходится более высокое напряжение, то вентиль надо включать последовательно без делителя напряжения.
Число последовательно включенных вентилей в плече 13 EMBED Equation.3 1415 определяется отношением напряжения холостого хода источника питания 13 EMBED Equation.3 1415 и допустимого значения обратного напряжения 13 EMBED Equation.3 1415 для вентиля. 13 EMBED Equation.3 1415
Во всех сварочных выпрямителях для защиты вентилей от перегрузки при коротком замыкании вторичной цепи устанавливается магнитный усилитель (МУ) быстро отключающий установку от сети. Для защиты выпрямительного блока от коммутационных перенапряжений между выходными концами всех трех фаз включаются защитные цепочки, каждая из которых состоит из активного сопротивления R и конденсатора C .


160. Классификация спецсталей по основным признакам.
Спецстали и сплавы можно классифицировать:
1. По основе спецстали делятся на две большие группы: а) спецстали на железоникелевой основе; б) спецстали на никелевой основе.
К железоникелевым относят спецстали, структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе. Суммарное содержание никеля и железа в них превышает 65 % при отношении Ni : Fe13 EMBED Equation.3 14151 : 1,5. К никелевым относят спецстали, структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в никелевой основе. Содержание в них никеля не менее 55 %.
2. По свойствам:
а) коррозионностойкие стали и сплавы, способные сопротивляться электрохимической и химической коррозии (атмосферной, щелочной, кислотной и др.). Стали, содержащие до 15 % хрома, стойкие против атмосферной коррозии, а стали и сплавы, содержащие более 16 % хрома относятся к кислотостойким сталям.
б) жаропрочные стали и сплавы, сохраняющие прочность при повышенных температурах 580-800°С (в нагруженном состоянии изделия из этих сплавов работают определенное время). К ним относятся следующие стали: 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 10Х23Н18, 12Х25Н16 и др.
в) жаростойкие стали и сплавы, стойкие против окисления в газовых средах при высоких температурах 550-1100°С. К ним относятся следующие стали: 12Х17, 15Х28, 15Х25Т и др. Детали из жаропрочных сталей работают в ненагруженном или слабо нагруженном состоянии.
3. В зависимости от структуры высоколегированные стали подразделяются на классы:
- мартенситный - стали с основной мартенситной структурой. 20Х13, 30Х13
- мартенсито- ферритный - стали, содержащие в структуре кроме мартенсита не менее 10 % феррита. Например, 12Х13, 14Х17Н2.
- ферритный - стали, имеющие структуру феррита. 08Х13, 08Х17Т.
- аустенито- мартенситный стали, имеющие структуру аустенита и мартенсита, количество которых можно изменять в широких пределах. 07Х16Н6, 09Х15Н8Ю.
- аустенито- ферритный - стали, имеющие структуру аустенита и феррита (феррита
более 10 %). Х20Н14С2, 08Х22Н6Т.
- аустенитный - стали, имеющие структуру аустенита. 12Х18Н9, 08Х18Н10.
Разделение сталей на классы по структурным признакам является условным и произведено в зависимости от основной структуры, полученной при охлаждении стали на воздухе после высокотемпературного нагрева.
4. По системе легирования высоколегированные стали делят на 13 групп:
а) на хромистые 15Х; б) на хромоникелевые 20ХН; в) хромоникельмарганцовистые 20ХНГ; г) хромомарганцовистые 18ХГ;
5. По системе упрочнения: а) карбидное; б) боридное; в) интерметаллидное.
Стали и сплавы, легированные углеродом (0,213 EMBED Equation.3 14151,0 %), имеют карбидное упрочнение. Этот тип упрочнения характерен для жаропрочных и жаростойких сталей. Достигается такое упрочнение при выдержке стали в интервале температур 600 - 650°С, в результате которой образуются сложные карбиды Fe, W, Cr, Nb типа Me23C6, Me6C, Me2C.
Упрочнение аустенито-боридных сталей достигается в результате образования боридов железа, хрома, молибдена, вольфрама.
Никельсодержащие стали, легированные титаном 1,013 EMBED Equation.3 14153,5 % и алюминием до 6 %, упрочняются вследствие образования в них при температуре 650-850°С мелкодисперсных частиц – интерметаллидов типа Ni3(Al, Ti), (Ni, Fe)2Ti.
Стали и сплавы в большинстве случаев содержат несколько легирующих элементов, поэтому упрочнение их обычно комплексное: карбидное (основное) и интерметаллидное.
Общим отличительным признаком для большинства спецсталей является их пониженный коэффициент теплопроводности, по сравнению с углеродистыми сталями, большой коэффициент линейного расширения, а также значительная линейная усадка и высокое удельное сопротивление.

161. Роль пластической деформации при точечной сварке и её взаимосвязь с процессом нагрева.
Пластическая деформация металла один из основных процессов, способствующих деформированию соединения, вызывается как внешними факторами усилием со стороны электродов, так и внутренними напряжениями, возникающими при несвободном расширении металла зоны сварки. Пластическая деформация сопровождается в течение всего процесса сварки: от формирования контакта до проковки соединения.
Взаимосвязь процесса пластической деформации и нагрева проявляется в эффекте саморегулирования теплового состояния зоны сварки, заключающемся в изменении сопротивления пластической деформации и соответствующем изменении размеров контактов и плотности тока.
При увеличении плотности тока и росте температуры снижается сопротивление пластической деформации, что приводит к увеличению площади контактов, снижению плотности тока, уменьшению интенсивности нагрева и определенной стабилизации температурного поля и размеров ядра.
В зависимости от объема деформированного металла различают микропластическую деформацию рельефа контакта поверхности и объемную пластическую деформацию значительных масс металла зоны сварки.
Основная роль пластической деформации при сварке заключается в формировании электрического контакта: в образовании пояска для удержания расплавленного металла от выплеска и ограничение растекания сварочного тока во внутреннем контакте, а также в уплотнении металла на стадии охлаждения.
При точечной и шовной сварке непосредственная роль пластической деформации в образовании металлических связей невелика из-за малой относительной сдвиговой деформации в пояске. Только при сварке титановых сплавов за счет растворения оксидов в основном металле отмечается область развитой металлической связи, повышающей прочность соединения.
Микропластическая деформация идет на протяжении 1-го и 2-го этапов формирования соединения. При обычных циклах сварки образование электрического контакта (снижение контактного сопротивления). В основном завершается через время (0,1–0,2)tсв. Наибольший интерес представляет развитие объемной деформации различных участков соединения на стадии нагрева и плавления металла.












162. Источники теплоты при сварке. Эквивалентная электрическая схема. Характер изменения сопротивления зоны сварки.
Нагрев и плавление металла происходит за счет выделения теплоты на электрических сопротивлениях при прохождении через них электрического тока.Электрическое сопротивление зоны сварки при сварке двух деталей из одного и того же металла равной толщины: 13 EMBED Equation.3 1415, где rд собственное активное сопротивление деталей; rэд контактное сопротивление между электродом и деталью; rдд контактное сопротивление между деталями.
Сумму сопротивлений 13 EMBED Equation.3 1415 часто называют общим контактным сопротивлением. На сопротивления rк и rд в той или иной степени влияют свойства металлов, форма деталей, усилия сжатия, неравномерность нагрева, состояние поверхности. Разделение контакта на зоны условно, т.к. электрические поля в них взаимосвязаны.
Составляющие электрических сопротивлений рассчитывают в условиях холодного и горячего состояний контакта. Холодный контакт мало характерен для сварки. Большое внимание уделяют горячему контакту и конечному значению сопротивления, которое при заданных условиях сварки стабилизируется и определяется в основном 2rд. В конце цикла нагрева при высоких Fсв (250–600 МПа) и Iсв роль контактных сопротивлений мала.
При холодных деталях rк обычно составляет значительную долю от rээ. Поэтому для оценки качества состояния поверхностей деталей измеряют rээ и условно отождествляют его со значением rк.
Наличие контактных сопротивлений обусловлено шероховатостью поверхностей деталей и электродов, а также присутствием на их поверхностях различных неэлектропроводящих слоев: продуктов коррозии, масляных и других загрязнений, оксидных пленок и адсорбированных газов. Вследствие этого фактическая площадь контакта Sф в холодном состоянии значительно меньше контурной площади контакта Sк, определяемой диаметром электрода dэ или диаметром пластического пояска dп, образующегося при деформировании. В рассматриваемых условиях ток проходит по отдельным микроконтактам Sф.
Контактное сопротивление зависит от чистоты обработки поверхностей, способа их очистки и окружающей среды (сварка на воздухе, в вакууме, в среде инертных газов). Чем поверхность менее шероховатая, тем меньше значения контактных сопротивлений. Для повышения чистоты обработки поверхностей кроме механических способов обработки могут быть применены электрохимические и химические способы обработки.Контактное сопротивление деталей уменьшается также при росте усилия сжатия. В этом случае фактическая площадь контакта Sф увеличивается за счет смятия микровыступов, увеличения их числа и разрушения поверхностных пленок.
Наиболее точные значения сопротивлений «электрод-деталь» и «деталь- деталь» можно получить лишь непосредственным измерением электрических сопротивлений. Контактное сопротивление зависит от твердости металла электрода и деталей. Для стабилизации тепловыделения, размеров соединений и стойкости электродов перед сваркой выполняют подготовку поверхностей деталей с целью удаления толстых поверхностных пленок и загрязнений, что обеспечивает достаточно низкие значения контактных сопротивлений. Для этих целей рекомендуется также применение повышенных сварочных усилий.

163. Конструкция соединений и подготовка деталей при стыковой и точечной сварке.
При точечной сварке детали собираются в нахлестку. Чаще всего за цикл сварки получают одну точку (одноточечная сварка) и реже одновременно две и более точек (многоточечная сварка). Иногда при точечной сварке применяют комбинированные соединения (клеесварные и сварно-паяные). Клей и припой вводят под нахлестку для повышения прочности и коррозионной стойкости соединений.
Рельефная сварка – одна из разновидностей точечной сварки. При этом на поверхности одной из деталей предварительно формируют выступ – рельеф, который ограничивает начальную площадь контакта деталей, в результате чего при сварке в этой зоне повышается плотность тока и скорость тепловыделения. При нагреве рельеф постепенно деформируется; на определенной стадии процесса сварки формируется ядро 4, как при обычной точечной сварке. Часто на поверхности детали выполняют несколько рельефов или один протяженный выступ замкнутой формы, например, в виде кольца. После прохождения сварочного тока получают одновременно несколько точек или непрерывный плотный шов (контурная рельефная сварка).
Стыковая сварка – способ контактной сварки, при котором детали соединяются по всей площади касания (по всему сечению). Характерная особенность соединения, заключается в том, что часть жидкого металла вместе с поверхностными пленками и частью твердого металла выдавливаются из зоны сварки, образуя утолщение. Данным способом сварки выполняют стыковые соединения.
Во всех случаях, перед сваркой осуществляется очистка соединяемых поверхностей от загрязнений, оксидных пленок механическими и химическими способами.




















164. Механизм удаления оксидных плёнок при точечной и стыковой сварке.
Образующиеся на поверхности металлов оксидные пленки имеют более высокую температуру плавления, чем основной материал, за исключением оксида железа. Наличие таких пленок препятствует образованию металлических связей.
При точечной, шовной и рельефной сварке разрушение и растворение пленок происходит при расплавлении контактных поверхностей металла в результате интенсивного перемешивания жидкого металла ядра. Циркуляция жидкого металла происходит под действием электродинамических сил
Причинами перемешивания жидкого металла являются объемные силы, возникающие в результате взаимодействия сварочного тока с магнитным полем, созданного этим же током. Силы (Fj, действующие на все объемы
·V ядра, создают в жидком ядре давление, подобно давлению, возникающему в жидкости от гравитационных сил. Силы (Fj также действуют на объемы металла, находящегося в твердом состоянии, где они уравновешиваются силами сопротивления кристаллической решетки. Объемные силы (Fj имеют максимальное значение на периферии ядра и снижаются до нуля в центре ядра. Максимальное значение Р находится в центре ядра.
Так как литое ядро имеет форму эллипсоида, то в расплавленном металле возникают градиенты давления как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Под действием этих градиентов слои жидкости. Незначительная асимметрия в расплавлении двух листов приводит к перемешиванию поверхностных пленок в расплаве.
Таким образом, объемные электродинамические силы приводят не только к интенсивному перемешиванию расплава и находящихся в нем пленок, но и к сепарации частиц пленок в ядре в зависимости от их электропроводимости.
На процесс образования соединения при стыковой сварке решающее влияние оказывают оксидные пленки на торцовой поверхности. Они затрудняют межатомное взаимодействие и препятствуют формированию прочных металлических связей. Оксидные пленки должны быть удалены из зоны сварки или раздроблены в процессе механической деформации при осадке. При стыковой сварке торцы открыты для взаимодействия с атмосферой. Наиболее активно развиваются процессы окисления при стыковой сварке сопротивлением.
Для сварки оплавлением характерно непрерывное обновление торцов, образование большого количества капель и паров металла в зазоре при взрыве перемычек, связывающих кислород и другие газы, что снижает интенсивность взаимодействия металла с атмосферой. Однако при соединении химически активных металлов такая защита может оказаться не достаточно эффективной, сварку иногда выполняют в среде защитных газов.
Трудность удаления возрастает с увеличением их твердости. При сварке оплавлением оксиды находятся на жидкой подложке, их твердость не оказывает влияния на изделие. При сварке сопротивлением при сравнительно малой пластической деформации происходит лишь частичное разрушение и удаление оксидов. Обновление поверхности составит не более 60-70%, что определяет низкую пластичность соединения. При сварке оплавлением удаление оксидов значительно облегчается и происходит вместе с частицами расплавленного металла, выбрасываемого из стыка, и главным образом при осадке вытеснением оксидов с низким и твердым металлом в грат. При сравнительно небольшой деформации обновление ~100%.
Удаление оксидов облегчается при интенсификации процесса оплавления к концу сварки, при увеличении скорости осадки, при задержке отключения сварочного тока при осадке.

165. Типичные циклограммы процесса точечной и стыковой сварки.
Циклограмма имеет три части – примерные границы стадий формирования соединения. На стадии I предварительное обжатие FОБЖ служит для устранения зазоров между деталями, получения требуемых значений rЭЭ в холодном состоянии, предупреждения наружных и внутренних выплесков, вытеснения пластичных прослоек грунта, клея. Монотонное возрастание FСВ на II стадии позволяет поддерживать постоянство давления между деталями, несмотря на рост площади контактов и диаметра жидкого ядра. На III стадии можно выделить два участка а и б: на небольшом первом участке FСВ постоянно (обычно в течение 0,02 – 0,1 с) для некоторого охлаждения наружных слоев деталей и предупреждения глубоких вмятин при проковке; на втором - прикладывают и поддерживают длительно ковочное усилие FК для снижения растягивающих напряжений, уменьшения коробления узлов, предупреждения горячих трещин и усадочных раковин.
Циклограмма тока имеет также три части в соответствии со стадиями процесса: ток подогрева I'ПОД, возрастающий ток сварки IСВ и спадающий ток подогрева I'’ПОД для замедленного охлаждения. Скорость нарастания и спада токов, а также их длительность должны быть определенными, так как они обуславливают скорость нагрева и охлаждения металла. На практике циклограммы часто упрощают. В частности, довольно сложно осуществлять плавное изменение усилия сжатия, поэтому его изменяют ступенчато. При точечной сварке чаще используют циклограмму с постоянным усилием. Для толстых деталей и металлов, склонных к горячим трещинам – циклограмму с ковочным усилием.
Программу нагрева зоны сварки часто задают в виде одного импульса сварочного тока. В некоторых случаях для устранения сборочных зазоров и предупреждения внутренних выплесков используют предварительный подогрев зоны сварки дополнительным подогревным импульсом тока.
Для уменьшения склонности к горячим трещинам, выполнения термообработки или с целью снижения величины FК применяют последующий подогревный импульс тока в сочетании с любой циклограммой усилия.
Типовые циклограммы процесса стыковой сварки. Циклограмма б объединяет два варианта стыковой сварки оплавлением: сварку непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом. При сближении деталей цепь замыкается накоротко, и создается некоторое давление. Электрический ток подогревает детали. Нагрев отдельными импульсами tИМП способствует более равномерному нагреву торцов деталей.
166. Технология контактной точечной сварки деталей разных толщин и из разнородных материалов.
При соотношении толщин 1:3 и менее процесс осложняется трудность получения номинальной (расчетной) зоны взаимного расплавления. Это происходит из-за несовпадения плоскости теплового равновесия со сварочным контактом и сопровождается малым и неустойчивым проплавлением тонкой детали. Вероятность непровара возрастает с увеличением разности в толщине.
На мягком режиме изотерма плавления преимущественно зарождается в центре сечения пакета (в толстой детали) и затем равномерно распространяется во все стороны. Таким образом, она лишь в конце цикла сварки захватывает тонкую деталь.
На жестком режиме в начале процесса изотерма плавления равномерно захватывает приконтактные области тонкой и толстой деталей. Затем под влиянием теплоотвода изотерма смещается в толстую деталь, к плоскости теплового равновесия. При необходимом увеличении тока возникают внутренние и наружные выплески. Однако при обычной схеме жесткий режим предпочтительнее.
Для надежного проплавления тонкой детали существует много способов. Они основаны на искусственном сближении плоскости теплового равновесия с плоскостью сварочного контакта.
Основными направлениями решения этой задачи являются уменьшение теплоотвода от тонкой детали и увеличение тепловыделения в ней (и в контакте между деталями). Первое направление обычно реализуют на мягких режимах. Некоторое увеличение проплавления тонкой детали достигается размещением с ее стороны электрода с малой рабочей поверхностью и меньшей теплопроводности. Со стороны толстой детали рабочую поверхность и теплопроводность электрода увеличивают.
Эффективно размещение между электродом и тонкой деталью съемного теплового экрана из металла с меньшей теплопроводностью в виде ленты толщиной 0,05 – 0,3 мм. Экран аккумулирует теплоту в тонкой детали, а часто и сам служит дополнительным источником теплоты.
Второе направление реализуют главным образом на жестких режимах. Для этого можно использовать два варианта: фокусировку сварочного тока (локальное тепловыделениена малой площади внутреннего контакта) и дополнительное обжатие деталей вокруг электродов. Площадь внутреннего контакта ограничивают с помощью рельефов (на тонкой или лучше на толстой детали). Плотность тока в тонкой детали повышают, уменьшая площадь электропроводимости самого электрода вблизи его рабочей поверхности с помощью кольцевой проточки, кольца из сплава с малой теплопроводностью, либо небольшой центральной вставки из сплава с повышенной электрической проводимостью.
Эффективен способ сварки с дополнительным кольцевым обжатием тонкой детали вокруг электрода. Обжатие уплотняющего пояска меняет электротермодеформационный процесс. Общее усилие сжатия FСВ специальным электродным устройством разделяют на два усилия: FЦ, прикладываемое в центре, и FП, сжимающее периферийный участок точки.Этот способ почти полностью исключает выплески и применяется на жестких и мягких режимах.
В первом приближении свариваемость разноименных сплавов может быть оценена сравнением коэффициентов кСВ, учитывающих основные физические свойства и толщину деталей: кСВ = к
·,
· – 0,1s/sТОНК, где к
·,
· = 0,0024
· + 10-8/
·0 (
· – коэффициент теплопроводности, Вт/(м
·К);
·0 – удельное электросопротивление, Ом
·м); s/sТОНК – отношение толщины детали к более тонкой в пакете.
Чем меньше разница в кСВ, тем лучше свариваемость. Обычно химически совместимы сплавы, построенные на одной основе или имеющие разную основу, но образующие между собой непрерывный ряд твердых растворов. В большинстве случаев сплавы на разной основе оказываются химически несовместимыми, так как образуют в ядре сплавы с неблагоприятными свойствами (хрупкие химические соединения, механические смеси).


167. Конструкция и типы электродов для точечной сварки. Форма рабочей поверхности для сварки различных материалов.
Материал электродов выбирают в зависимости от типа свариваемого материала по ГОСТу и литературным данным. Форму и размеры рабочей поверхности электродов выбирают в зависимости от толщины и типа материала, траектории движении электродов. Для листовых плоских или слегка изогнутых деталей применяют электроды с плоской рабочей поверхностью. Сферическую форму поверхности следует выбирать при сварке легких сплавов и при движении электродов по дуге окружности. Для рельефной сварки цилиндрических деталей (например, проволоки) форма рабочей поверхности вогнутая с радиусом закругления, как у детали; для конусных деталей – конусная и т.п.


































168. Дефекты сварных соединений при контактной сварке и меры их предупреждения.
Дефекты при точечной и шовной сварке возникают в результате нарушения параметров технологического процесса. Наличие дефектов может резко снизить надежность сварных соединений и привести к преждевременному разрушению конструкции.
Дефекты разделяются на следующие группы:
изменение заданных размеров ядра или полное отсутствие ядра, общего для соединяемых деталей (дефекты типа непроваров);
выброс выплеск расплавленного металла из зоны контактов деталь–деталь и электрод–деталь;
нарушение сплошности металла ядра и околошовной зоны (дефекты типа трещин, раковин);
интенсивный переход электродного металла на поверхность соединений;
существенное изменение структуры и свойств металла ядра и околошовной зоны.
Непровары проявляются в нескольких формах: полное отсутствие соединения; непровар в виде склейки; малые размеры ядра; недостаточный диаметр зоны взаимного расплавления; полное отсутствие зоны взаимного расплавления.
Общей причиной появления непроваров можно считать различные нарушения характера температурного поля вследствие, отклонения энергетических параметров от заданных значений, шунтирования тока и т. д. При отсутствии общего ядра не получают достаточного развития процессы перемешивания и оттеснения частиц пленки к границе ядра. Общие рекомендации по устранению таких дефектов: корректировка параметров режима (величины тока, сварочного усилия) и проверка подготовки поверхностей электродов и деталей, качества сборки.
Выплески распространенный дефект сварки. Частицы металла, выброшенные из ядра, попадают на поверхность и в полость изделия. Выплески разделяются на наружные (из зоны контакта электрод–деталь) и внутренние между деталями.
Виды выплесков: наружный; начальный внутренний; конечный внутренний; конечный наружный при односторонней сварке.
Наружный выплеск обычно связан с перегревом металла в контакте электрод–деталь. В частности, он возникает при малых сварочных усилиях, большой плотности тока, перекосе деталей или электродов, из-за шунтирования тока при односторонней сварке. Внутренний выплеск бывает начальный и конечный. Начальный выплеск, особенно при сварке пластичных металлов, встречается редко, он образуется до появления расплавленного ядра и связан обычно с перегревом металла в контакте деталь–деталь. Конечный выплеск происходит на конечной стадии процесса плавления. Такой выплеск связан с локальным образованием зазора в уплотняющем пояске за счет сил, возникающих при расплавлении металла. Конечные выплески часто сопровождаются образованием трещин, раковин и глубоких вмятин.
Общая причина появления выплеска состоит в отставании скорости деформации от скорости нагрева.
Нарушения сплошности металла ядра и околошовной зоны (трещины, рыхлости и усадочные раковины) возникают при кристаллизации и охлаждении металла вследствие неравномерного распределения температурного поля и возникновении при этом растягивающих напряжений.
При контактной сварке возникают в основном горячие трещины, их образование происходит в температурном интервале хрупкости (ТИХ), соответствующем минимальной пластичности сплава. Разрушение металла в этом случае носит межкристаллический характер.
Нехватка металла при кристаллизации ядра без внешнего давления приводит к образованию рассеянных или сосредоточенных несплошностей (раковин). В связи с высоким начальным давлением в ядре и большой скоростью охлаждения образование значительной пористости маловероятно.
Основным способом снижения растягивающих напряжений и предупреждения образования несплошностей в зоне сварки является применение ковочного усилия.


169. Точечная сварка пакета из 3-х и более деталей. Сварка деталей большой толщины.
Сварка пакета из 3-х и более деталей.
Процесс осложняется из-за появления дополнительных контактов и трудности проплавления тонких наружных элементов. Если с внешней стороны более толстые детали, то точечная и шовная сварки со сквозным проплавлением центральной. При расположении снаружи тонких деталей жесткие режимы и способы управления смещением теплового равновесия.
Сварка деталей большой толщины.
При S > 10мм: большое шунтирование тока в ранее сваренную точку, сильный нагрев и смятие рабочей поверхности электродов, склонность к появлению в ядре крупных дефектов усадочного происхождения, трудность обработки поверхности и точности сборки.
Увеличение шага S = 10мм tш = 100–120мм.
Для снижения температуры электродов используют жесткие режимы или пульсирующий нагрев с постоянным Fсв.
Для предупреждения усадочных дефектов Fков.
























170. Особенности точечной сварки пористых спечённых и композиционных материалов.
Сварка пористых спеченных материалов (ПМ) (ленты, листы на основе спеченных порошков коррозионно-стойких сталей, железа, бронз).
Соединение затруднено сквозными поперечными трещинами в деталях, образующихся от участка перекрытия точек или края ядра из-за растягивающих напряжений и низких механических характеристик ПМ. Пористость 25–50% к толщине 0.3–2мм. Склонность к трещинам уменьшают увеличением расстояния между точками при точечной сварке, и увеличением перекрытия (до 60%) при шовной сварке. Монолитный шов прочнее ПМ и задерживает развитие трещины. Для повышения прочности и надежности применяют тонкие остающиеся накладки и фольги.

Сварка композиционных материалов.
Соединение материалов на основе металла с высокопрочными тугоплавкими волокнами или сеткой с осложнено высокой вязкостью, которая затрудняет свободное движение и перемещение расплавленного металла. При большом количестве волокон соединение не образуется.
При сварке Al-сплава с волокнами бора (однонаправленными) при содержании 35% возникает обычное ядро. При содержании волокон бора ~50% свариваемость резко ухудшается. Ядро становится вязким и неподвижным, оксиды не удаляются, соединение отсутствует (плакирование поверхности, применение промежуточных прокладок (накладок)).
Повышенная склонность к выплескам, течение матрицы (Al) в зазор, опасность разрушения хрупких волокон и снижения прочности материала повышенное Fсв, обжатие периферии.

















171. Точечная сварка металлов с покрытием.
В основном стали с защитным, декоративным покрытиями. Свариваемость определяется физико-механическими свойствами и толщиной покрытия.
Покрытия можно разделить на электропроводимые (Ме) и неэлектропроводимые (оксиды, фосфаты). Тугоплавкие (Cr) с Tпл близкой к материалу детали (Ni) и легкоплавкие (Sn, Pb, Zn).
При сварке с тугоплавкими покрытиями Cr склонность к непроварам (отсутствие ядра, малые размеры), выплескам. Рекомендуются более тонкие покрытия, повышенные FeO, мягкие детали.
При сварке с Ni-покрытиями малые размеры ядра, склейка, вызванные
·д покрытия. Сварка на жестких режимах с увеличенным на 10–15% током.
Легкоплавкие покрытия увеличение скорости массопереноса в контакте электрод–деталь, разрушение покрытия, снижение коррозионной стойкости, разрушение электродов.
Методы борьбы: жесткие режимы, увеличение продолжительности проковки, точечная сварка с обжатием, уменьшение размеров ядра, промежуточных электродов в виде медной ленты, проволоки.
Малое
·д вызывает увеличение площади контакта повышение Iсв на 20–25%.



























172. Основные узлы и классификация машин для контактной сварки.
Для осуществления процесса точечной сварки применяют специальные машины контактной сварки, которые в процессе работы выполняют две основные функции - сжатие и нагрев соединяемых деталей. В конструкции любой машины условно можно выделить механическое и электрическое устройства.
Основной частью механического устройства машины для точечной сварки служит корпус 1, на котором закреплены нижний кронштейн 2 с нижней консолью 3 и электрододержателем 4 с электродом и верхний кронштейн 7. Нижний кронштейн 2 обычно выполняют переставным или передвижным (плавно) по высоте, что дает возможность регулировать расстояние между консолями в зависимости от формы и размера свариваемых деталей. На верхнем кронштейне установлен пневмопривод усилия сжатия электродов 6, с которым соединена верхняя консоль 5 с электрододержателем 4. Для управления работой пневмопривода на машине установлена соответствующая пневмоаппаратура 8.
Классификация. Ее выполняют по следующим признакам:
по виду выполняемых сварных соединений - для стыковой, точечной, рельефной, шовной и шовно-стыковой сварки;
назначению - универсальные и специальные;
характеру действия - неавтоматические, полуавтоматические и автоматические;
способу установки - стационарные и передвижные;
способу питания - переменным током промышленной частоты, низкочастотные, выпрямленным током, энергией разряда конденсаторов;
устройству механизма сжатия или осадки - рычажные, пружинные, механические, пневматические, пневмогидравлические, гидравлические.
По виду сварки: для стыковой сварки; для точечной сварки; для рельефной сварки; для шовной сварки; для шовностыковой сварки; универсальные; специальные
По уровню автоматизации: неавтоматические при малой мощности и производительности; полуавтоматические и автоматические при средней или большой мощности, использовании в поточных линиях, для сварки непрерывных заготовок.
По установке и монтажу: стационарные для сварки деталей и узлов, габариты и масса которых позволяют поднести их к машине; передвижные для сварки крупногабаритных узлов большой массы (например, кузова автомобилей, вагонов, плети железнодорожных рельсов, трубы большого диаметра).
По роду питающего тока: с питанием переменным током промышленной; с питанием выпрямленным током и конденсаторные.
По устройству привода сжатия и подачи: с рычажными и пружинными приводами; с вневмогидравлическими механизмами сжатия; с гидравлическими; пневматическими.
По напряжению питающей части: контактные машины обычно изготовляют для подключения к электрическим сетям с напряжением 380 В и частотой 50 Гц, но по заказу потребителя - на напряжение 660 В, частотой 50 Гц, Машины мощностью до 60 кВ-А изготовляют также на напряжение 220 В, частотой 50 Гц
173. Системы регулирования энергетических параметров ЭШС
Когда колебания напряжения сети значительны и к качеству соединений предъявляются жесткие требования, сварочные аппараты целесообразно комплектовать регуляторами напряжения, воздействующими на источник питания при постоянной скорости подачи электродной проволоки. Наиболее просто такая система реализуется с помощью тиристорного контактора, последовательно включенного в первичную цепь сварочного трансформатора. Сварочный трансформатор ТС подключен к сети с помощью пары встречно-параллельно соединенных тиристоров VS1, VS2 с фазовым управлением.
В отличие от электродуговой сварки под флюсом такое включение вполне допустимо, поскольку шлаковая ванна представляет собой активное сопротивление, поэтому перерывы в протекании сварочного тока в каждом полупериоде не снижают устойчивости процесса сварки. Регулируемое напряжение сварки Uш сравнивается с опорным заданным напряжением U0 в сравнивающем устройстве СУ. Усиленный разностный сигнал (Uш – U0) подается на фазовращающий мост Ф, который управляет тиристорами VS1 и VS2. При достаточно высоком коэффициенте усиления обеспечивается точность стабилизации напряжения. Система исчерпывает весь «запас регулирования» и теряет управление при полностью открытых тиристорах, что соответствует максимально допустимому падению напряжения сети. В сторону компенсации повышений напряжения сети «запас регулирования» не ограничен. Системы регулирования с тиристорными контакторами имеют существенный недостаток: низкий коэффициент мощности, вызванный искажением формы кривой сварочного тока.
Для стабилизации напряжения при ЭШС используют также трансформаторы с магнитной коммутацией, в которых сварочное напряжение, снимаемое с обмотки W2, регулируют путем подмагничивания постоянным током (с помощью управляющих обмоток Wу1 и Wу2) двух ярем трансформатора и перераспределения основного магнитного потока между ними. При этом соотношение между максимальной э.д.с. Е2 вторичной обмотки определяется зависимостью Е2max / E2min
· (W2
· + W2
·) / W2
· . По сравнению с трансформаторами с управляемыми вентилями трансформаторы с магнитной коммутацией надежнее и имеют более высокий коэффициент мощности, но обладают пониженными динамическими свойствами.
В тех случаях, когда системы с одним регулятором не дают желаемого эффекта, применяют системы одновременного регулирования тока и напряжения. Системы с двумя регуляторами используют при сварке длинными пластинчатыми электродами, при больших колебаниях напряжения питающей сети или при сварке швов с переменным поперечным сечением. Непрерывное программирование тока сварки наряду с регулированием напряжения обеспечивает плавное изменение теплового режима шлаковой ванны в течение всей сварки, что сохраняет заданную скорость наплавления металла шва и позволяет повысить его качество.
Системы могут быть образованы из рассмотренных регуляторов напряжения и тока, при этом возможны две системы. Первая система состоит из регулятора напряжения, воздействующего на э.д.с. источника питания, и регулятора тока, воздействующего на скорость подачи электрода. Вторая система содержит регулятор, стабилизирующий напряжение воздействием на скорость подачи, и регулятор, стабилизирующий ток воздействием на э.д.с. источника питания. По количеству элементов и стоимости указанные системы равноценны, однако первая система обладает большими технологическими возможностями, так как позволяет практически безынерционно стабилизировать напряжение источника питания.
174. Регуляторы уровня металлической ванны при электрошлаковой сварке.
При ЭШС необходимо чтобы уровень металлической ванны относительно ползунов оставался неизменным. Это достижимо, если в каждый момент (кроме начальной стадии) соблюдается условие FмVсв = FэVп , где Fм – площадь сечения металла, для заполнения зазора и создания усиления шва; Vсв – скорость перемещения аппарата; Fэ – площадь проволоки; Vп – скорость подачи.
Уровень металлической ванны можно регулировать, соответственно изменяя скорость подачи электрода (Vп), скорость сварки (Vсв) или Vп и Vсв одновременно. Однако применение регуляторов энергетических параметров, воздействующих на скорость Vп, а также вероятность появления возмущений по разделке шва, для компенсации которых необходимо также изменять Vп, не позволяют в полной мере применять схемы регулирования уровня ванны путем воздействия на этот параметр. Большие возможности имеет система воздействия на скорость Vсв перемещения аппарата вдоль свариваемого шва. Непостоянство Vсв почти не отражается на режиме плавления электрода, в чем состоит основное преимущество такого способа регулирования.
Основным элементом САР уровня металлической ванны являются датчики, которые должны обеспечивать минимальную погрешность измерения. Непосредственное получение информации об уровне металлической и шлаковой ванн производится следующими способами: термодатчиками; контактными датчиками; радиоактивными датчиками; индукционными датчиками.
Термодатчики. Наибольшее распространение получил способ контроля уровня ванны с применением дифференциальных термопар. К медному ползуну привариваются две константановые проволоки, образующие две встречновключенные термопары: константан – медь и медь – константан. Один спай располагается несколько выше требуемого уровня металла, другой – ниже. Результирующая э.д.с. термопар пропорциональна разности температур в местах спаев.
Контактные датчики. Способ измерения уровня металлической ванны представляющего собой металлический щуп. Замыкание цепи щуп – изделие служит сигналом для управления процессом сварки. В другом случае щуп погружается в шлаковую ванну. Напряжение на щупе пропорционально длине шлакового промежутка. Оно становится равным нулю, когда щуп касается основного металла. Наиболее рационально применять горизонтальный медный щуп, изолируемый от накладки и вмонтированный в ползун. Такой щуп позволяет выделить достаточный по величине электрический сигнал. Если падение напряжения на щупе равно нулю, т.е. он закорочен на металлическую ванну, то схема управления выдает сигнал на перемещение сварочного аппарата вверх со скоростью, превышающей скорость образования шва. Благодаря этому щуп отрывается от металлической ванны и напряжение на нем становится отличным от нуля. Уровень металлической ванны относительно щупа начинает повышаться вплоть до замыкания щупа на ванну, после чего цикл повторяется. Вентиль VD9 препятствует реверсированию двигателя М.
Радиоактивные датчики. Принцип работы основан на разнице в коэффициентах поглощения гамма-излучения расплавленными шлаками и металлом. Импульсы напряжения, получаемые от счетной трубки В при облучении ее гамма-лучами, усиливаются, усредняются с помощью электронной схемы А и подаются на вход исполнительного органа И, который воздействует на скорость перемещения аппарата с помощью двигателя М.
Индукционные датчики. Разработан бесконтактный индукционный датчик выполненный на Ш-образном разомкнутом магнитопроводе. Датчик размещен в замкнутой камере, вмонтированной в один из формирующих ползунов. Две одинаковые намагничивающие обмотки W1 и W2 расположены на крайних стержнях магнитопровода, а измерительная обмотка W3 размещена на центральном стержне. Рабочие обмотки включены таким образом, что в центральном стержне создаются встречно направленные магнитные потоки Ф1 и Ф2. При равенстве магнитных потоков Ф1 = Ф2 в выходной измерительной обмотке W3 индуцируемая э.д.с. равна 0. Если на пути одного из потоков Ф1 или Ф2 поместить электропроводное немагнитное тело (расплавленный металл), в нем наводятся вихревые токи, уменьшающие соответственно поток Ф1 или Ф2. При этом равенство магнитных потоков в центральном стержне нарушается и в измерительной обмотке W3 наводится э.д.с. При достижении границей раздела (шлак – металл) среднего стержня в измерительной обмотке W3 наводится максимальная э.д.с. Полученный сигнал с датчика подается на регулятор, который вырабатывает команды для управления приводом перемещения подвижного ползуна относительно шва.
175. Контактная стыковая сварка как объект автоматического управления
Нагрев металла при стыковой сварке осуществляется за счет тепла, выделяемого в зоне контакта при прохождении тока. По технологии выполнения процесса сварки ее разделяют на два вида: сварку сопротивлением и сварку оплавлением, которая в общем случае включает в себя три стадии: подогрев, оплавление и осадку. Во время первых двух стадий торцовые части свариваемых заготовок нагреваются. Сварное соединение образуется при пластической деформации разогретых торцов заготовок во время третьей стадии – стадии осадки.
Предварительный подогрев осуществляется чаще путем сообщения одной из деталей возвратно-поступательного движения, обеспечивающего периодическое замыкание и размыкание сварочной цепи. Режим оплавления определяется скоростью перемещения подвижной плиты машины Vп, вторичным напряжением холостого хода трансформатора U2х..х, сопротивлением машины Zк3, вылетом деталей и припуском на оплавление 13 EMBED Equation.3 1415 опл. Наибольшее влияние на формирование температурного поля в свариваемых деталях оказывают скорость Vn и напряжение U2х..х.
Процесс оплавления прерывист по своей природе. Если перерывы в протекании тока в сварочной цепи отсутствуют, то на отдельных участках контактирующих поверхностей паузы неизбежны. Кратковременные перерывы оплавления не оказывают влияния па стабильность и равномерность нагрева металла даже при самых малых скоростях сближения деталей (0,10,2 мм/с). Только в конечный период оплавления, перед осадкой, длительность прерываний процесса должна быть ограничена. Одно из основных требований к системе управления сварочной машиной обеспечить наряду с устойчивостью также непрерывность процесса оплавления металла перед осадкой.
При длительной работе сварочной машины (при больших значениях ПВ) увеличивается активное сопротивление токоведущих частей контура вследствие нагрева. Кроме того, активная составляющая сопротивления короткого замыкания машины изменяется с увеличением переходных сопротивлений контактов токоподводящих цепей, особенно на участке «губкадеталь» при плохой зачистке поверхностей деталей. С увеличением сопротивления машины возрастает напряжение U2xx-минимально необходимое для возбуждения процесса оплавления, увеличивается глубина кратеров на торцах и суммарная площадь дефектов в соединении, соответственно снижается качество сварных соединений. Наиболее опасны одновременно действующие даже небольшие отклонения нескольких параметров, если каждое из них способствует, например, снижению устойчивости процесса оплавления или изменению требуемой величины зоны нагрева. Общее отрицательное воздействие нескольких отклонений части приводит к дефектам в сварных соединениях.
Возмущения, наиболее опасные при контактной стыковой сварке, подразделяются на внешние и внутренние. К внешним возмущениям относятся: колебания напряжения сети; нестабильность контактных сопротивлений между электродом и деталью; нестабильность начального контактного сопротивления между деталями.
Внутренние возмущения составляют: медленные изменения сопротивления сварочного контура; возмущения, обусловленные нестабильностью пускорегулирующей аппаратуры машины, и др. Возмущения внутреннего характера при правильном уходе за машиной оказывают значительно меньшее влияние на процесс сварки. Поэтому главная задача автоматизации процесса компенсация влияния внешних возмущений.
176. Электрошлаковая сварка как объект автоматического управления.
Качество сварного соединения при электрошлаковой сварке (ЭШС) определяется соответствием комплекса механических свойств шва и околошовной зоны свойствам основного металла. Снижение качества сварного соединения и проявление в шве дефектов физического и металлургического характера – следствие нарушения установленной технологии и прежде всего параметров сварочного режима.
Режим ЭШС в сравнении с режимом дуговой сварки определяется значительно большим количеством параметров: током и падением напряжения на ванне Iш и Uш, поперечным сечением электрода Fэ, глубиной шлаковой Нш и металлической Нм ванн, «сухим» вылетом электрода hэ, положением конца электрода относительно зеркала металлической ванны lш, скоростью сварки Vсв, скоростью поперечных перемещений электродов Vп, приближением а и выдержкой электродов у ползунов
·, родом тока и полярностью.
Особенность процесса ЭШС – возможность его устойчивого протекания при жестких и пологопадающих внешних характеристиках источников питания. При низком напряжении холостого хода уменьшается вероятность случайного возбуждения дуги между электродом и металлической ванной, упрощается настройка режима.
Другой важной особенностью процесса ЭШС является большая, чем при дуговой сварке, взаимосвязанность параметров режима. Так, сварочный ток Iш зависит не только от Uш, Vп, вылета электрода lв, но и от зазора
· между кромками свариваемых деталей и скорости сварки. Однако все эти факторы оказывают слабое влияние на Iш и главным регулирующим воздействием на сварочный ток считают скорость подачи электрода Vп.
Сокращение расстояния между торцом электрода и поверхностью металлической ванны, а также повышение температуры шлака приводят к возрастанию проводимости между электродом и металлической ванной и соответствующему увеличению тока.
Падение напряжения Uш зависит от глубины погружения электрода в шлак, равной разности (lв – hэ), удельного сопротивления шлака (
·ш), сопротивления вылета электрода. Увеличение Uш сопровождается увеличением расстояния lш и уменьшением проводимости ванны. Избыток мощности идет на дополнительное расплавление основного металла. При снижении напряжения Uш величина lш уменьшается и проводимость ванны возрастает. Снижается средняя температура шлаковой ванны, что может привести к непроварам. При малых Uш возможен местный перегрев шлака и его вскипание, которое обычно сопровождается образованием дуги и нарушением процесса ЭШС. При заданном токе Iш напряжение Uш можно регулировать в значительных пределах изменением э.д.с. источника питания Еи.п или сопротивления сварочной цепи. Однако в последнем случае теряются преимущества, определяемые применением при ЭШС источников питания с жесткой характеристикой. Поэтому регулирование процесса ЭШС воздействием на сопротивление сварочной цепи не применяется.
Глубина ванны Нш определяется уровнем зеркала металлической ванны относительно ползунов. Воздействием на скорость Vп или на скорость перемещения ползунов Vсв можно регулировать уровень металлической ванны относительно ползунов и ее глубину Нм. Для компенсации уменьшения величины Нш в результате вытекания из ванны части шлака могут использоваться системы дозирования флюса.
Остальные параметры режима либо нельзя регулировать в процессе сварки, либо они являются производными от сварочного тока, напряжения сварки и скорости подачи электродной проволоки. К точности воспроизведения поперечных колебаний электрода не предъявляются жесткие требования, поэтому стабилизация их с помощью автоматических устройств не производится.
Нормальный ход процесса ЭШС нарушают возмущения, возникающие:
1) вследствие изменений зазора между кромками (
·
·) в связи с низким качеством подготовки и сборки заготовок, сварочными деформациями;
2) непосредственно в зоне сварки в результате изменения физико-химических свойств шлака (
·
·ш), электродной проволоки и при электромагнитных явлениях;
3) вследствие изменения моментов нагрузки на валах приводных двигателей подачи электродной проволоки (
·
·п.э.) и перемещения аппарата (
·
·св), изменения вылетов (l
·в, h
·э) электродной проволоки, нестабильных контактов в токоподводящих мундштуках, изменений характеристик отдельных систем регулирования;
4) при изменениях напряжения сети (U
·c) и параметров сварочной цепи;
5) в зоне сварки вследствие вытекания из ванны части шлака (h
·ш) и непостоянства расположения формирующих шов ползунов относительно границы металл – шлак.
Анализ влияния различных возмущений на процесс ЭШС показывает, что практически невозможно компенсировать отклонение одного параметра без нарушения геометрических размеров шва, доли основного металла в шве, термического цикла и т.п. Поэтому для получения качественных сварных соединений необходимо поддерживать с требуемой точностью все параметры режима сварки или изменять их по определенному закону, если это нужно по технологическим соображениям.
При создании систем автоматического регулирования ЭШС особое внимание следует обращать на отработки ими возмущений, обусловленных изменениями разделки шва (
·
·) и возникающих вследствие колебаний напряжения сети (U
·c), так как они отражаются на напряжении и токе сварки, на глубинах шлаковой и металлической ванн, приводят к изменению геометрических размеров швов и появлению в них дефектов.
Процесс ЭШС имеет много общего с дуговой сваркой с точки зрения регулирования основных энергетических параметров режима. Оба процесса обладают свойством саморегулирования, сходны также кривые устойчивости работы, вольт-амперные характеристики, снятые при постоянных скоростях подачи, совпадают и некоторые регулирующие воздействия (Vп, Еи.п.). Поэтому основные способы регулирования и схемы регуляторов тока и напряжения ЭШС подобны применяемым при дуговой сварке.
Системы регулирования процесса ЭШС можно разделить на четыре основные группы: системы, основанные на свойстве саморегулирования процесса; системы с регулятором одного или обоих (Uш, Iш) энергетических параметров; системы регулирования уровней металлической и шлаковой ванн; системы регулирования режима в функции сварочного зазора.

177. Контактная точечная сварка как объект автоматического управления.
Управляющие и возмущающие воздействия, определяющие формирование сварного соединения, прикладываются к сварочной машине и непосредственно к зоне сварки. Основные параметры точечной (шовной) сварки: сварочный ток Iсв; время сварки tсв (а для шовной сварки время импульса tи и время паузы tп между импульсами сварочного тока); усилие сжатия Fсж электродов; размеры рабочей поверхности электродов (роликов); для шовной сварки режим характеризуется скоростью перемещения Vсв свариваемых деталей.
Обеспечение необходимого уровня показателей качества сварных соединений и прежде всего их прочности требует задания и поддержания установленных значений большинства параметров сварочного режима с точностью не менее ±5 %. Так, снижение Iсв на 10 % может привести к уменьшению диаметра ядра и, соответственно, прочности соединений при сварке сталей на 20 – 25 % от номинального значения. Такие же параметры, как сварочное и ковочное усилия сжатия электродов, допускают изменение в пределах 10 – 15 % от номинальных значений без существенного ухудшения качества сварных соединений.
Сварочный ток Iсв – один из основных параметров, определяющих режим сварки и качество сварного шва. Способ амплитудного задания и регулирования Iсв заключается в изменении его действующего значения при переключении ступеней сварочного трансформатора или изменении напряжения зарядки Uзар батареи конденсаторов – при конденсаторной сварке
Время сварки tсв в сварочных машинах переменного тока задают при включении вентильного (тиристорного или игнитронного) контактора на требуемое время, кратное числу периодов питающей сети.
Усилие сжатия Fсж электродов при механическом приводе задается грузами или пружинами и системами рычагов, а при пневматическом или пневмогидравлическом приводах регулируется редукторами давления. Если сварочная машина имеет электромагнитный привод сжатия, то Fсж определяется током в обмотке электромагнита. С позиции автоматизации наиболее удобным является электромагнитный привод, применяемый только для машин малой мощности
Быстродействие – важнейшее требование к регуляторам процессов контактной сварки, поскольку в течение короткого промежутка времени (порядка 10-2 с) должны быть осуществлены операции измерения регулируемой величины, сравнения ее с заданным значением и выработки управляющего воздействия. Требуемое быстродействие и точность могут быть обеспечены только на основе использования достижений современной электронной и микропроцессорной техники.









178. Системы автоматического регулирования электрических параметров режима контактной точечной сварки.
Для стабилизации тока сварки на заданном уровне применяют регуляторы тока сварки (РТС). Функциональная схема РТС, обеспечивающего стабилизацию действующего значения сварочного тока, приведена на рисунке.
Напряжение, пропорциональное сварочному току, снимается с трансформатора тока 1 и подается на измерительное устройство 2. С помощью блока настройки 6 это напряжение при любом заданном сварочном токе устанавливается постоянным (Uи); при этом выходной сигнал регулятора Uу на выходе усилителя 3 не изменяет установленный сварочный ток.
В момент протекания сварочного тока длительностью tсв напряжение Uи сравнивается с напряжением установки по току U0 задающего устройства 7, а во время паузы – с напряжением корректирующего устройства 4, которое получает команду от узла программирования времени сварки – прерывателя 5. При отсутствии возмущения по току сварки в момент протекания тока U0 – Uи = 0; в момент паузы U0 – Uк = 0.


























179. Система автоматического регулирования физических параметров режима контактной точечной сварки.
Регуляторы температуры околоэлектродной зоны и инфракрасного излучения. Размеры сварного соединения определяет температура металла в зоне сварки. Однако измерять температуру расплавленного металла ядра или окружающей его зоны в процессе сварки деталей не представляется возможным. Исследованиями установлено, что при выполнении ряда условий температура в контакте электрод деталь (на поверхности детали) характеризует температуру и размеры литой зоны сварного соединения.
С целью контроля и автоматического регулирования процесса точечной сварки температура в контакте электрод деталь измеряется одним из электродов, представляющим собой контактную термопару. Для этого в электрод вводится тонкая, изолированная теплостойкой изоляцией, константановая проволока, образующая с ним термопару медь константан. В результате нагрева металла в процессе сварки в термопаре появляется напряжение Uт.п. , которое подается на вход соответствующей контрольно-регистрирующей аппаратуры. Последняя по достижении заданной температуры на поверхности детали выключает сварочный ток машины. Температуру, при которой необходимо отключить ток, определяют экспериментально, контролируя размеры литого ядра сварных точек.
Регулирование процесса точечной сварки по температуре в контакте электрод деталь обеспечивает достаточно стабильные размеры ядра точек при колебаниях Iсв, изменении размеров рабочей поверхности электродов и усилия сжатия, а также шунтировании.
Метод контроля и регулирования по температуре имеет существенные недостатки, из-за которых ограничено его практическое использование. Значительное влияние на оценку по температуре размеров зоны расплавления оказывают состояние поверхности свариваемых деталей, размеры электродов и особенно степень их охлаждения. Вследствие износа рабочей поверхности электродов термопара имеет небольшой срок службы. Быстродействие системы регулирования с термопарой низкое вследствие ее большой инерционности.
Можно использовать специальный электрод в специальном канале, которого устанавливается заподлицо с торцом электрода вставка из тугоплавкого прозрачного материала, например кварца. Вставка связана с фотодатчиком через световод. При сварке на поверхности заготовки возникает свечение, которое регистрируется фотодатчиком и используется для управления процессом нагрева.
Косвенное измерение температуры можно осуществлять бесконтактным способом на основе использования датчиков инфракрасного излучения – фоторезисторов.
Фоторезисторы воспринимают инфракрасное излучение с поверхности деталей вблизи зоны сварки. Фоторезисторы крепятся к электроду кронштейном. Фоторезисторы, устанавливаемые сверху, защищены от инфракрасного излучения и служат для компенсации влияния окружающей температуры. Контроль температуры Ти на поверхности изделия осуществляют фоторезисторы. Однако и бесконтактные методы измерения Ти имеют свои недостатки, поскольку свечение металла наблюдается к концу процесса сварки, когда ядро уже образовалось и поэтому можно лишь констатировать его наличие. Активное регулирование процесса идет с запаздыванием. На показания фоторезисторов влияют внешние помехи: засветка от посторонних источников, изменение плотности и прозрачности окружающей среды из-за пыли, паров воды и т. д. Поэтому рассмотренные контактные и бесконтактные методы контроля и регулирования по температуре до сего времени мало применяют в производстве.
Регуляторы перемещения электродов под действием теплового расширения металла. В процессе точечной сварки в результате нагрева и последующего расплавления металла под электродами происходит местное увеличение толщины свариваемых деталей. Металл в зоне сварки расширяется и происходит раздвижение электродов сварочной машины. Этот так называемый «дилатометрический эффект» можно использовать в качестве показателя, характеризующего размер сварной точки. Между величиной перемещения электродов и объемом расплавленного металла существует взаимосвязь, которая используется при построении автоматических регуляторов. Приращение линейного размера свариваемых деталей при сварке составляет 810 % от их суммарной толщины.
Расширение деталей вызывает перемещение электрододержателя вместе с подвижной частью сварочной машины. Величина этого перемещения измеряется датчиком, жестко связанным с неподвижной частью сварочной машины. Подвижный элемент датчика связывается с электрододержателем. В простейшем случае для измерения перемещения используются контактные электромеханические датчики, срабатывающие при перемещении электрода на установленную величину.
В регуляторах применяется индуктивный датчик, представляющий собой измеритель малых перемещений. Он состоит из двух катушек W1 и W2 установленных на магнитопроводах, жестко связанных с неподвижной частью сварочной машины. Катушки последовательно включены с обмотками дифференциального трансформатора Т. В воздушном зазоре магнитопроводов расположен якорь, механически связанный с верхним подвижным электрододержателем. В процессе сварки этот электрододержатель под действием сил теплового расширения перемещается вверх на величину 13 EMBED Equation.3 1415h и изменяет индуктивное сопротивление катушек W1 и W2. На выходе трансформатора T появляется сигнал рассогласования, пропорциональный 13 EMBED Equation.3 1415h, который используется в автоматическом регуляторе для управления временем протекания сварочного тока.
Регуляторы, построенные на использовании дилатометрического эффекта, обеспечивают компенсацию влияния основных возмущений на качество сварного соединения. Главный недостаток этих регуляторов невозможность работы при выплесках металла, а также зависимость их точности от стабильности сил трения подвижной части машины.
Регуляторы сопротивления. В процессе сварки электрическое сопротивление участка цепи между электродами (зоны сварки) изменяется по сложному закону, причем к концу сварки его величина Rк меньше, чем в начале. По величине конечного сопротивления или по его относительному изменению Rот=(Rm Rк)/Rср , где Rcp среднее сопротивление за время сварки, можно судить о размерах сварной точки.
Поскольку непосредственное измерение сопротивления в процессе сварки представляет значительные трудности, используют косвенный метод, при котором отдельно измеряют падение напряжения между электродами и сварочный ток, а затем делят первое на второе, в результате чего формируется сигнал, пропорциональный величине сопротивления зоны сварки.

180. Автоматическое управление предварительным подогревом при контактной стыковой сварке.
Прерывание тока производится вследствие разрыва сварочной цепи при возвратно-поступательном движении одной из деталей лист вследствие периодического отключения первичной обмотки сварочного трансформатора от сети. Второй способ применяется очень редко, поскольку он требует точной обработки торцов заготовок под сварку.
Системы автоматического управления подогревом можно разделить на три основные группы: cистемы управления длительностью подогрева по току или напряжению короткого замыкания; cистемы управления временем подогрева по заданной программе; cистема управления с обратными (корректирующими) связями по мощности, энергии или температуре металла.
Системы первой группы. Процесс прерывистого подогрева самопроизвольно заканчивается, когда торцы заготовок разогреваются настолько, что возможно устойчивое оплавление при установленной скорости перемещения. Управление приводом возвратно-поступательного перемещения подвижной плиты машины в этом случае осуществляется на основе информации о значении тока (или напряжения) короткого замыкания торцов заготовок. В начале процесса подогрева, когда детали не разогреты и величина контактного, сопротивления в моменты замыкания деталей минимальна, ток короткого замыкания имеет максимальное, а напряжение минимальное значение. По мере разогрева и оплавления торцов заготовок контактное сопротивление возрастает, что приводит к соответствующим изменениям начальных значений тока и напряжения в моменты коротких смыканий. Когда ток (или напряжение) примут установившиеся значения, соответствующий датчик вырабатывает сигнал для перехода привода перемещения в режим непрерывного оплавления.
Для автоматизации подогрева в качестве датчика может быть использовано реле напряжения – РСН. Обмотка реле подключена к зажимным губкам машины. При включении сварочного трансформатора срабатывает реле, которое своими контактами замыкает цепь питания реверсивного пускателя приводного двигателя. При этом подвижный зажим машины перемещается «вперед» до тех пор, пока свариваемые заготовки не замкнут накоротко сварочную цепь. При коротком замыкании напряжение резко падает и становится недостаточным для удержания сердечника реле, его контакты размыкается, и через пускатель включает двигатель на реверс. После разрыва сварочной цепи напряжение на электродах машины повышается, включается после реле РН и повторяется очередной цикл нагрева. Эти циклы будут повторяться до тех пор, пока при последующем соприкосновении торцов напряжение хотя и уменьшается, но не достигнет порога отпускания реле.
Системы второй группы. Наибольшее распространение получили системы программного управления подогревом. Обычно программируются длительность импульсов тока короткого замыкания и пауз между ними, а также общее время подогрева. Команда на переход от подогрева к оплавлению подается счетчиком импульсов. После отработки заданного числа импульсов подогрева по сигналу счетчика происходит уменьшение скорости перемещения плиты машины, что обеспечивает гарантированный переход к режиму устойчивого оплавления
Принудительный переход к непрерывному оплавлению возможен и без изменения скорости перемещения подвижной плиты машины, если обеспечить повышение вторичного напряжения сварочного трансформатора по окончании цикла подогрева.
Системы программного управления обеспечивают более стабильный разогрев деталей, чем системы первой группы, однако и они далеко не совершенны, так как колебания напряжения сети и сопротивления короткого замыкания оказывают сильное влияние на температуру заготовок. Так, при колебаниях напряжения сети относительные изменения температуры равны приблизительно удвоенному относительному изменению напряжения.
Системы третьей группы. Влияние колебаний напряжения сети и сопротивления сварочного контура машины на температурное поле в деталях к моменту перехода к режиму непрерывного оплавлении можно уменьшить при использовании систем автоматического регулирования подогрева с обратными связями по энергии, мощности или температуре металла.
При использовании систем с обратными связями по температуре вырабатывается сигнал на переход к оплавлению в момент достижения заданной температуры в строго фиксированной точке свариваемых деталей.
Системы третьей группы имеют общий недостаток они не могут обеспечить формирование заданного температурного поля в деталях в условиях действия возмущений технологического.

181. Автоматическое управление процессом оплавления при стыковой сварке
Основным направлением автоматизации процесса оплавления при стыковой сварке является изменение основных параметров процесса сварки по заранее выбранным режимам. При этом число регулируемых параметров должно быть сведено к минимуму. Практически управление процессом оплавления ограничено возможностями изменения по заданной программе скорости перемещения плиты машины или вторичного напряжения. Указанные параметры могут изменяться одновременно в функции времени или пути перемещения подвижной плиты. Программирование по перемещению наиболее целесообразно в тех случаях, когда необходимо выдерживать точно заданные размеры свариваемых изделий.
Системы управления процессом оплавления можно разделить на три группы: системы управления скоростью перемещения плиты машины в функции времени или пути; системы управления с обратными (корректирующими) связями по напряжению, току, частоте пульсации тока; самонастраивающиеся системы.
Системы первой группы. Применение систем, обеспечивающих изменение скорости перемещения подвижной плиты машины по заданной программе, целесообразно при сварке тонкостенных деталей (13 EMBED Equation.3 1415=8-10мм) с небольшим поперечным сечением (до 1000-1500 мм2), когда для получения требуемой зоны разогрева не изменяется типичное напряжение сварочного трансформатора, а оплавление происходит с большим запасом устойчивости. Программа перемещения задается степенной зависимостью Lп=atn, где Lп – перемещение подвижной плиты при оплавлении, мм; t – длительность оплавления, с. Коэффициенты а и п определяются теплофизическими свойствами металла и выбираются в зависимости от ко печной скорости перемещения Vn и припуска деталей 13 EMBED Equation.3 1415опл.
Системы второй группы. Для стыковых машин могут быть применены системы регулирования 1)тока с воздействием на скорость перемещения подвижной части машины Vп; 2) тока с воздействием на напряжении сварочного трансформатора; 3)мощности воздействия на Vп ; 4) температуры с воздействием на Vп.
Отклонение тока от заданного значения в большую сторону вызывает снижение Vп. При этом скорость оплавления становится больше скорости перемещения подвижной плиты машины, в результате чего сопротивление сварочного контакта возрастает и ток восстанавливается.
Наиболее совершенной из этой группы систем следует считать систему программного управления с обратной связью температуре
Системы третьей группы. Для контактной сварки оплавлением могут быть реализованы системы с самозаменяющейся программой. Программа должна содержать совокупность всех основных параметров режима стыковой сварки, а выбор их оптимальных значений производится автоматически с учетом конкретных условий: толщины деталей, состояния их поверхности, сопротивления сварочного тока и т.п. В системе регулирования используется датчик, измеряющий указанные величины, и в зависимости от результатов измерений происходит выбор оптимального режима. В отличии от систем автоматического регулирования, в которых в любой момент времени известно направление, в котором должна двигаться система для устранения рассогласования, в самонастраивающихся системах направление движения системы определяется автоматическим поиском. То есть, если известно значение регулируемой величины (у) в данный момент времени, но еще не известно направление изменения регулирующего воздействия (х). Для определения этого направления необходимо сравнивание величин или знаков приращений
·у и
·х. То есть зависимость y=y(x) должна иметь экстримум в точке, соответствующей или близкой к оптимальному режиму.
При стыковой сварке оплавлением взрывы перемычек жидкого металла между свариваемыми поверхностями вызывают пульсацию сварочного тока. С увеличением уровня пульсации при сварке создаются более благоприятные условия для формирования соединения.
182. Технология сварки титана и его сплавов.
Для соединения деталей из титана и его сплавов широко применяют дуговую сварку неплавящимся электродом в среде инертных газов, сварку сжатой дугой, в том числе микроплазменную, дуговую сварку под флюсом и ЭШС. Из-за высокой активности титана такие способы сварки, как газовая сварка, сварка покрытым электродом не применяются.
Дуговая сварка титановых сплавов в среде инертных газов. Сварка в среде инертных газов применяется как неплавящимся (автоматическая, механизированная; ручная), так и плавящимся (автоматическая, механизированная) электродом. Из дуговых способов сварки титана самым распространенным является сварка неплавящимся вольфрамовым электродом.
Сварка неплавящимся электродом. Качество сварных соединений определяется главным образом надежностью защиты зоны сварки и чистотой инертного газа. Для сварки титана, в основном, применяют аргон 1-го и высшего сорта и гелий высокой чистоты. Наибольшее распространение в сварочном производстве получила струйная защита зоны сварки, осуществляемая непрерывным обдувом сварочной ванны и остывающих участков соединения. Для надежной защиты разработаны специальные горелки, насадки, подкладки и другие приспособления. Для защиты обратной стороны швов и прилегающих к ним нагретых участков сварного соединения применяют съемные медные подкладки с формирующей канавкой и системой отверстий для подачи инертного газа. Сварка титана неплавящимся электродом осуществляется на постоянном токе прямой полярности. В качестве катода используется вольфрамовый стержень марок ЭВЛ и ЭВИ.
Эффективным процессом сварки титановых сплавов является аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с применением флюсов-паст, состоящих из фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов. Этот процесс обеспечивает глубокое проплавление при низкой погонной энергии, уменьшает ЗТВ, снижает вероятность образования пор в швах.
Способ сварки неплавящимся электродом углубленной или погруженной дугой также позволяет за один проход сваривать металл средних толщин. Однако к его основным недостаткам относятся чрезмерная ширина шва и большие размеры околошовной зоны
При плазменной сварке титана применяют такие же средства защиты, как и при сварке неплавящимся электродом. Без разделки кромок за 1 проход сваривают листы толщиной до 14 мм. Микроплазменную сварку деталей из титана толщиной менее 0,3 мм выполняют по отбортованным кромкам. Для более толстых металлов могут быть выполнены стыковые и нахлесточные швы.
Сварка плавящимся электродом диаметром 1,6-5 мм применяется для стыковых, тавровых и нахлёсточных соединений из титана и его сплавов толщиной 3 мм и более в нижнем положении. При этом способе сварки можно получить оптимальные свойства сварных соединений путем выбора состава металла шва как изменением химического состава плавящегося электрода, так и в результате регулирования в нем доли основного металла.
Устойчивое горение дуги с минимальным разбрызгиванием расплавленного металла, хорошее качество формирования и защита шва обеспечиваются при сварке на обратной полярности и при определенном соотношении сварочного тока, напряжения на дуге, скорости подачи электродной проволоки и величины вылета электрода, а также при использовании источников питания с жесткой или пологопадающей ВАХ. Сварка может осуществляться как в аргоне, так и гелии, но лучше результаты получаются при использовании смеси из 80 % гелия и 20 % аргона.
При сварке в монтажных условиях находит применение метод полуавтоматической импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде аргона. Полуавтоматическая сварка титановой проволокой диаметром 1,2-2 мм с питанием от генератора импульсов обеспечивает перенос одной капли металла при каждом импульсе тока. Принудительный, направленный перенос электродного металла значительно улучшает формирование швов, выполняемых полуавтоматом, и делает возможной полуавтоматическую сварку в аргоне в вертикальном и потолочном положении.
Автоматической сваркой под флюсом для титана можно выполнять все основные типы соединений: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные при толщине соединяемых элементов от 3 до 40 мм. Сварка выполняется на постоянном токе обратной полярности. При сварке на прямой полярности или переменном токе резко ухудшается качество формирования шва.

183. Применяемые способы регулирования величины сварочного тока.
Грубая настройка: секционирование обмоток; соединение обмоток последовательно и параллельно.
Плавная настройка:
Изменение расстояния между первичной и вторичной обмотками. Плавное регулирование тока осуществляется перемещением по стержням подвижных обмоток с помощью винтового механизма. Если увеличить расстояние 13 EMBED Equation.3 1415 между первичной 13 EMBED Equation.3 1415 и вторичной 13 EMBED Equation.3 1415 обмотками, то возрастут поток рассеяния и их ЭДС рассеяния, то есть увеличиваются потери энергии внутри трансформатора, а это приводит к уменьшению сварочного тока. Следовательно, увеличение расстояния между обмотками приводит к увеличению индуктивного сопротивления трансформатора. Если расстояние 13 EMBED Equation.3 1415 между обмотками максимально, то сварочный ток будет минимальный, и наоборот, если расстояние 13 EMBED Equation.3 1415 между обмотками минимальное, то сварочный ток максимальный.
Настройка трансформатора при помощи подвижного магнитного шунта. Изменяя положение магнитного шунта (меняя расстояние 13 EMBED Equation.3 1415) при помощи ходового винта можно плавно регулировать сварочный ток (рис. 16, а). Если на пути потока рассеяния поставить стальной пакет-шунт, то магнитные потоки рассеяния будут увеличиваться, так как величина магнитного сопротивления для железа меньше, чем для воздуха. Индуктивное сопротивление трансформатора возрастет. При введении магнитного шунта между обмотками трансформатора уменьшается магнитное сопротивление на пути потока рассеяния и сам поток рассеяния увеличивается, что приводит к уменьшению сварочного тока.
Настройка при помощи неподвижного магнитного шунта. Для плавной регулировки можно использовать и неподвижный магнитный шунт, подмагничиваемый с помощью обмотки управления постоянного тока (рис. 17, а). Если ток в обмотке управления увеличивать (13 EMBED Equation.3 1415), то в результате насыщения железа шунта его магнитное сопротивления возрастает, магнитный поток рассеяния уменьшается, что приводит к увеличению сварочного тока
Комбинированный способ. При этом способе настройки весь диапазон токов разбивается на несколько ступеней, где каждая ступень различается значением напряжения холостого хода 13 EMBED Equation.3 1415 (рис. 18). Настройка тока в пределах одной ступени производится путем изменения индуктивного сопротивления трансформатора, т.е. изменение расстояния между обмотками, при неизменном значении 13 EMBED Equation.3 1415. При переходе на ступень с более низкими значениями сварочных токов (ступень малых токов) напряжение холостого тока повышается для облегчения первоначального и повторного зажигания дуги.







184. Титановые сплавы, их классификация, области применения.
Титан - полиморфный металл, может находиться в виде двух модификаций: низкотемпературной а, устойчивой до 862,5 и имеющей ГПУ, и высокотемпературной
· с ОЦК. В чистом титане при. нормальной температуре не удаётся сохранить
·-фазу даже при быстром охлаждении металла, нагретого выше температуры полиморфного превращение (882,5°С).
Чистый титан обладает высокой пластичностью. Титан обладает высокими температурами плавления и кипения (1668 и 5100°С). Низкое значение коэффициента теплопроводности титана - почти в 4 раза меньше, чем для железа - способствует увеличению объема сварочной ванны.
Сравнительно небольшое значение модуля упругости титана относится к числу его недостатков. Модуль упругости может быть заметно повышен легированием титана. В качестве конструкционного материала используют технический титан, содержащий примеси: кислород, азот, водород, углерод.
Легирующие элементы и примеси в титановых сплавах принято классифицировать в зависимости от их влияния на температуру полиморфного превращения. Все элементы разделяют на повышающие (
·- стабилизаторы) и понижающие (
·- стабилизаторы) эту температуру. Наиболее широко распространённым
·- стабилизатором, добавляемым почти во все сплавы титана, является алюминий. Кроме него в эту группу входят галлий, индий и такие примеси, как кислород, азот и углерод. К
·- стабилизаторам относятся молибден, хром, ванадий, марганец, ниобий, медь из примесей - водород. Существуют и элементы, которые практически не влияют на температуру полиморфного превращения: олово, цирконий, германий. Такие элементы называют нейтральными упрочнителями.
В соответствии с этим все титановые сплавы условно подразделяют на
·- сплавы,
·- сплавы и двухфазные со структурой
·+
·.
К
·- сплавам относятся сплавы с преобладанием в их структуре
·- твёрдого раствора титана (более 95 %). Как правило, это сплавы, легированные
·- стабилизаторами и нейтральными упрочнителями (алюминий, олово, цирконий). В дополнение к упрочнению от легирования они могут упрочняться нагартовкой.
·- сплавы могут быть легированы и
·- стабилизаторами в количествах, близких к их растворимости в
·- титане. В отличие от чистых
· - сплавов, сплавы, дополнительно легированные
·- стабилизаторами, принято называть псевдо
·- сплавами.
·- сплавы не упрочняются термической обработкой, они могут подвергаться только отжигу, например, для уменьшения напряжений, возникающих при сварке, они хорошо свариваются всеми видами сварки и отличаются высокой термической стабильностью.
К
·- сплавам относятся сплавы с преобладанием в их структуре твердого раствора на основе
· модификации титана. Основными легирующими элементами этих сплавов являются
· стабилизаторы. Эти сплавы эффективно упрочняются термической обработкой, состоящей из закалки и старения. Они характеризуются ограниченной свариваемостью.
К
·+
· сплавам относятся сплавы со смешанной структурой из твёрдых растворов на основе
· и
· модификаций титана. Сплавы этого типа обладают удовлетворительной свариваемостью, они не требуют термической обработки после сварки.
Основным материалом для изготовления листовых конструкций служит технический титан марки ВТ 1-0, а также группа сплавов типа ОТ4 на основе тройной системы Ti-Al-Mn. Эти сплавы обеспечивают гарантированные уровни прочности 500, 600 и 700 МПа.
185. Принципы классификации чугунов. Область применения.
В современном машиностроении, станкостроении, металлургической промышленности и т. п. до настоящего времени чугун является одним из основных конструкционных материалов.
К чугунам относятся железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода свыше 2,14 % . Чугуны делятся на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические.
Классификация чугуна основана на форме и типе включений графита. По этим признакам чугун делят на: серый (пластинчатый графит); высокопрочный или магниевый (шаровидный графит); ковкий (графит хлопьевидной формы); белый (графит отсутствует).
Все перечисленные выше чугуны обладают плохой свариваемостью. Наиболее широко сварка применяется при ремонте и восстановлении изделий из серого чугуна. Это объясняется как его распространенностью, так и наличием способов сварки, в том числе обеспечивающих получение в металле шва чугуна, близкого по свойствам к основному металлу.





























186. Сплавы на основе меди. Области их применения.
На основе меди разработаны две основные группы сплавов: латуни – сплавы меди с цинком и бронзы – сплавы меди с другими легирующими элементами. Временное сопротивление разрыва этих сплавов может достигать 400-450 МПа, а после их деформации на 50% возрастает до 750 МПа.
Из медных сплавов латуни получили наиболее широкое распространение благодаря сочетанию высоких механических и технологических свойств. Отрицательные свойства латуней – их склонность к самопроизвольному растрескиванию, которое происходит во влажной атмосфере при сохранении остаточных напряжений. Это явление наблюдается в латунях, содержащих более 20 % цинка, оно связано с развитием предпочтительной коррозии по границам зерен в зоне неравномерного распределения напряжений. Для устранения склонности к растрескиванию вводят отжиг при температурах ниже рекристаллизации для снятия остаточных напряжений.
В зависимости от легирующих элементов бронзы бывают: оловянные, алюминиевые, свинцовые, марганцовистые, кремнистые, бериллиевые.
Оловянные бронзы Пластичность бронз начинает резко снижаться при содержании более 8 % олова. Временное сопротивление разрыву бронз повышается с увеличением содержания олова до 24 %, но при больших концентрациях резко снижается.
Алюминиевые бронзы они вытесняют оловянные бронзы, так как не уступают им по многим показателям, а по ряду свойств даже превосходят их. Алюминиевые бронзы обычно содержат не более 11 % Al. Оптимальными механическим свойствами обладают сплавы с содержанием 5-8% Al. Наряду с повышенной прочностью они сохраняют высокую пластичность. Прочность достигает максимума при содержании в меди 1011 % Al. Алюминиевые бронзы дополнительно легируют марганцем, железом, никелем.
Свинцовые бронзы обладают наилучшими антифрикционными свойствами по сравнению с другими сплавами на основе меди.
Марганцовистые бронзы с содержанием до 22 % Mn имеют однофазную структуру, так как марганец растворяется в твердой меди в больших количествах. Марганец существенно повышает прочность меди при сохранении высокой пластичности, а также ее коррозионную стойкость.
Кремнистые бронзы содержат не более 3 % Si. Двойные сплавы системы Cu-Si не применяют; их дополнительно легируют никелем и марганцем. Марганец и никель улучшают механические и коррозионные свойства кремнистых бронз. Они хорошо свариваются с бронзой и сталью.
Бериллиевые бронзы уникальны по благоприятному сочетанию в них механических, физико-химических и антифрикционных свойств. Оптимальными свойствами обладают сплавы содержащие около 2 % Be. При дальнейшем увеличении содержания бериллия прочность сплавов повышается незначительно, но пластичность уменьшается.
Применение: в электротехнике из-за низкого удельного сопротивления (уступает лишь серебру); высокая теплопроводность это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, для производства труб; ювелирное дело; медь самый широко употребляемый катализатор полимеризации ацетилена. Широко применяется медь в архитектуре.
187. Магниевые сплавы, область применения
Чистый магний обладает относительно невысокой прочностью и малой пластичностью. В качестве конструкционных материалов используют сплавы магния, имеющие высокую удельную прочность при сохранении малой массы. Магниевые сплавы отличаются повышенной чувствительностью к коррозии во многих средах. Это объясняется тем, что образующаяся поверхностная оксидная пленка не плотная и не обладает высокими защитными свойствами. Для защиты от коррозии на поверхность деталей из магниевых сплавов наносят специальные защитные пленки или лакокрасочные покрытия.
Магниевые сплавы имеют малую плотность и вместе с тем обладают высокими прочностными свойствами. Магний примерно в 1,5 раза легче алюминия и в 4,5 раза легче стали. Магниевые сплавы по способу производства делятся на литейные и деформируемые. Легирующими добавками в магниевых сплавах являются Al, Mn, Zn, Zr, Аl и Zn повышают прочностные характеристики магния, марганец повышает коррозионную стойкость. Сварка магния затрудняется из-за низкой теплопроводности, близости температур плавления и воспламенения, высокого коэффициента линейного расширения и большого химического сродства магния к кислороду. Поверхность магния и его сплавов покрыта тугоплавкой пленкой MgO, температура плавления которой около 2500°С. При сварке магния и его сплавов необходимо удалять в процессе сварки оксидную пленку и тщательно защищать расплавленную ванну от ее взаимодействия с кислородом и азотом воздуха и парами воды.
























188. Генераторы с независимым возбуждением и размагничивающейся последовательной обмоткой, устройство и настройка на режим сварки.
Источники питания постоянного тока подразделяется на две основные группы: сварочные выпрямители и сварочные генераторы – сварочные преобразователи вращающегося типа.
Генератор имеет две обмотки возбуждения: независимую обмотку НО, которая запитывается от отдельного источника питания, и последовательную размагничивающую обмотку (РО), которая включается последовательно с обмоткой якоря.
Принципиальная электрическая схема сварочного генератора с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой: Г- генератор, Р- реостат, НО- обмотка независимого возбуждения, РО- размагничивающая обмотка
Магнитный поток намагничивания 13 EMBED Equation.3 1415 создаваемый обмоткой независимого возбуждения противоположен по своему направлению магнитному потоку размагничивания 13 EMBED Equation.3 1415, который создается в размагничивающей обмотке. При холостом ходе, когда сварочная цепь разомкнута, ЭДС генератора определяется по формуле: 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415- электродвижущая сила. 13 EMBED Equation.3 1415- магнитный поток независимой обмотки. 13 EMBED Equation.3 1415- постоянный коэффициент генератора.
При замкнутой цепи сварочный ток проходит через размагничивающую обмотку (РО), создавая магнитный поток размагничивания 13 EMBED Equation.3 1415, который направлен противоположно магнитному потоку намагничивания. Результирующий магнитный поток равен разности потоков. 13 EMBED Equation.3 1415
С увеличением тока в сварочной цепи магнитный поток размагничивания будет расти, а ЭДС, результирующий магнитный поток и напряжение на зажимах генератора – падать, создавая падающую ВАХ генератора. Сварочный ток генератора такого типа регулируется резистором R и секционированием обмотки.
Для получения жесткой ВАХ последовательные размагничивающие обмотки переключают так, чтобы они работали, согласовано с обмоткой независимого возбуждения.









189. Контрольно-профилактические работы по обслуживанию источников питания сварочной дуги.
Для обеспечения бесперебойной и длительной работы источников питания сварочной дуги, а также для своевременного устранения мелких неисправностей при их эксплуатации надо проводить контрольно-профилактические работы.
При ежедневном обслуживании необходимо:
перед началом работы осмотреть источник питания для выявления случайных повреждений отдельных наружных частей;
проверить надежность подключения сварочных проводов к за-, жимам источника питания и свариваемому изделию;
проверить заземление источника питания;
после пуска проверить направление вращения вентилятора, т.е. правильность направления потока охлаждающего воздуха.
Один раз в месяц нужно:
очистить источник питания от пыли и грязи, продувая его сжатым воздухом, а в доступных местах протирая чистой ветошью;
проверить состояние электрических проводов, механических контактов и паек и в случае необходимости обеспечить надежный электрический контакт;
проверить надежность всех винтовых соединений;
проверить затяжку крепления силовых катушек;
очистить пускатель от пыли и загрязнений, проверить состояние контактов; если контакты обгорели или на их поверхности образовались капли металла, то поверхность контактов необходимо зачистить.
Один раз в три месяца следует:
проверить сопротивление изоляции токоведущих частей;
проверить состояние блока управления, фильтра защиты от радиопомех и защитных цепей наружным осмотром, установить отсутствие механических повреждений конденсаторов;
в сварочных преобразователях проверить состояние коллектора, в случае обнаружения на коллекторе следов нагара его следует прошлифовать мелкозернистой шлифовальной бумагой.
Один раз в течение полугода необходимо:
очистить контакты и изоляционные части переключателя диапазонов тока от пыли и налета металлических частиц;
смазать тугоплавкой смазкой все трущиеся части;
в сварочных преобразователях проверить состояние и наличие смазки в камерах подшипников и при необходимости заменить ее.
Один раз в год следует:
разобрать электродвигатель вентилятора и произвести его внутреннюю очистку, перед сменой смазки подшипники необходимо промыть бензином; произвести плановый текущий осмотр для выявления необходимости в плановом ремонте.




190. Меры безопасности при эксплуатации источников питания сварочной дуги.
Условия безопасной работы сварщика изложены в ГОСТ 12.3.003-75 «Работы электросварочные. Общие требования безопасности», а также в «Правилах устройства электроустановок». В них указываются требования к производственным помещениям, к организации рабочих мест, к размещению и подключению источников, а также к персоналу.
В соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» сварщики относятся к группе II по электробезопасности персонала, обслуживающего электроустановки. Для лиц с группой II обязательны элементарное техническое знакомство с электроустановками, отчетливое представление об опасности электрического тока, знание основных мер предосторожности при работе, практические навыки оказания первой помощи пострадавшим. К работам по эксплуатации и обслуживанию источников сварщик допускается после инструктажа на конкретном оборудовании и проверки знаний. Работы, связанные с подключением и ремонтом источников, сварщику запрещены. Этим занимается электромонтер с более высокой III группой по электробезопасности. Для этой специальности, в дополнение к вышеперечисленным для группы II требованиям, обязательны знакомство с устройством и обслуживанием электроустановок, знание правил допуска к работе и специальных правил безопасности при подключении и ремонте электроустановок.
Одной из причин электротравматизма при сварке является поражение сварщика высоким входным напряжением сети. Внешний защитный провод соединяет кожух с землей, поэтому разность потенциалов между ними близка к нулю даже при описанной аварийной ситуации. Обязательно также заземление зажима сварочной цепи, соединенного со свариваемым изделием. Иногда вместо заземления используется защитное зануление, т.е. соединение кожуха с нулевым проводом питающей трехфазной сети. В этом случае при попадании высокого напряжения на кожух образуется цепь короткого замыкания «фаза-кожух-нулевой провод», что приводит к срабатыванию защиты и отключению источника от сети.
В процессе эксплуатации исправного источника возможно поражение сварщика низким (сварочным) напряжением, типично поражение напряжением холостого хода. Специальные меры принимаются при эксплуатации источника в средах с повышенной опасностью поражения электрическим током. У таких источников ограничивают напряжение холостого хода, или их комплектуют специальными устройствами снижения напряжения холостого хода. Сравнительно высокое напряжение холостого хода до 141 В источников для механизированной сварки по окончании сварки должно автоматически сниматься. При плазменной резке допускается еще более высокое напряжение: при ручной резке до 180 В, при полуавтоматической до 300 В, при автоматической до 500 В. Но это разрешение сопровождается дополнительными ограничениями отключение источника при снятом плазмотроне, невозможность касания сопла в процессе резки, уменьшение напряжения ниже 68 В по окончании процесса и т. д.



Рис.1.50. Схема высокочастотной сварки труб с индукционным (а) и контактным (б) способами подвода тока: 1 – индуктор; 2 и 3 – контакты; 4 – ферритовый стержень; 5 – сжимающие ролики; 6 – труба; 7 – направляющий ролик

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415

13 EMBED PBrush 1415


·

0

0

х

х

t

d


·


·


·мах


·х








Приложенные файлы

  • doc 51731
    Размер файла: 10 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий