Текст книги "Кровельные работы"

Если сварка швов ведется в положениях, отличающихся от нижнего, то возникает вероятность вытекания расплавленного металла из сварочной ванны. В таких положениях металл может капать мимо нее. Для предотвращения этого сварку следует вести наиболее короткой дугой, ведя поперечные колебания электродов.

Слой расплавленного металла удерживается от вытекания из сварочной ванны силой поверхностного натяжения. Чем тоньше пленка расплавленного металла, тем больше вероятность ее удержания этой силой. Достигается это за счет периодического отведения в сторону от ванны конца электрода. Такое отведение создает возможность быстрой кристаллизации металла. Удерживать металл от вытекания помогают и такие приемы, как понижение на 10–20 % силы тока и применение электродов уменьшенного диаметра: для вертикальных и горизонтальных швов – не более 5 мм, для потолочных – 10 мм.

Сварку таких швов можно осуществлять как на подъем, так и на спуск (рис. 116).

Рис. 116. Вертикальный шов.

При сварке на подъем нижележащий металл шва, который почти закристаллизовался, удерживает расплавленный металл, находящийся в сварочной ванне. Сварка на подъем дает возможность более тщательно проваривать корень шва и кромки, так как расплавленный металл стекает с электрода прямо в сварочную ванну. Недостатком данного способа является грубый внешний вид шва: его поверхность как будто покрыта чешуей.

При сварке на спуск трудно получить качественный провар места соединения деталей, так как шлак и расплавленный металл подтекают под дугу. При малом значении силы поверхностного натяжения происходит вытекание металла из сварочной ванны.

Выполнение потолочного шва (рис. 117) представляет определенные трудности. По возможности следует заменять этот трудоемкий вид каким-либо другим. При таком способе сварку производят, периодически замыкая конец электрода на сварочную ванну.

Рис. 117. Потолочный шов.

Металл сварочной ванны начинает кристаллизоваться, тем самым уменьшая объем сварочной ванны. Параллельно этому в сварочную ванну вносится расплавленный электродный металл. Подрезы образуются при удлинении дуги. Сварка таких швов создает неблагоприятные условия для выделения шлаков и газов из сварочной ванны.

Горизонтальные стыковые швы (рис. 118), в отличие от вертикальных, более сложны в выполнении.

Рис. 118. Горизонтальный шов.

Объясняется это тем, что расплавленный металл стекает из сварочной ванны на нижнюю кромку, что влечет за собой образование подреза по верхней кромке. По этой причине сварку металла повышенной толщины производят со скосом только одной верхней кромки. Нижняя помогает удерживать расплавленный металл в сварочной ванне. В нахлесточных соединениях сварка угловых швов не представляет особых трудностей и выполняется по тому же способу, что и сварка в нижнем положении.

Сварка низкоуглеродистых сталей

Хорошо свариваются низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25 % углерода. Такие соединения легко обрабатываются режущими инструментами. Чтобы исключить перегрев и образование закалочных структур, используют многослойную сварку с большим интервалом времени между наложением слоев. Дуговую сварку металла толщиной 2 мм обычно ведут на постоянном токе обратной полярности. Изделия толщиной более 15 мм подвергают после сварки термообработке. Сварка толстого металла «каскадом» или «горкой» с замедлением скорости охлаждения металла и околошовной зоны предупреждает образование закалочных структур. Дефектные участки обычно подваривают швами нормального сечения длиной не менее 100 мм или предварительно подогревают до температуры 150–200 °C.

Сварка углеродистых сталей

Сварка таких марок сталей часто чревата образованием трещин как в основном, так и в наплавленном металле. Чтобы получить качественное соединение, необходимо соблюдать следующие соотношения между диаметром электрода и значением сварочного тока:

Диаметр электродов, мм² 2,53

Сварочный ток, А40–60 50–7580–100

Диаметр электродов, мм 456

Сварочный ток, А 130–150170–200200–280

Сварка тонколистовой стали

При толщине свариваемого металла менее 2 мм применение ручной дуговой сварки часто вызывает образование прожогов. Чтобы избежать этого, следует выполнить следующие рекомендации:

– при сварке швов применять электроды малого диаметра (1,6–2 мм);

– сила тока должна быть минимальной – 50–70 А;

– для обеспечения устойчивого горения дуги необходимо подключать осциллятор;

– для исключения образования прожогов применять отбортовки кромок свариваемых листов.

Сварку листов, имеющих разную толщину, рекомендуется делать посредством плавного перехода от более толстого металла к тонкому, применяя осциллятор.

Сварка цветных металлов

Сварка меди осложняется наличием примесей, имеющихся в ее составе, большой теплопроводностью и способностью сильно окисляться в расплавленном состоянии. Кроме того, медь сильно поглощает водород в расплавленном состоянии. Внутри свариваемого участка образуются пузырьки воды, которые являются причиной возникновения большого количества микротрещин. Такое явление называется водородной болезнью меди. Предупреждает образование болезни снижение количества водорода в зоне сварки путем прокалки электродов и флюсов и применения защитных газов.

Для малоответственных изделий применяется ручная сварка угольным электродом. Угольные электроды используются при толщине меди до 15 мм. Графитовые электроды применяются при большой толщине свариваемых поверхностей. Сварка ведется электродами, заточенными на конус на 1/3 его длины, постоянным током прямой полярности при плотности тока на электроде, равной 200–400 А/см². Рекомендуется вести сварку длинной дугой и не погружать присадочный материал в ванну, а держать под углом 30° к изделию на расстоянии 6 мм от свариваемого изделия. Электрод лучше держать под углом 75–90° к свариваемому изделию. Выделяемый в процессе сварки углекислый газ является недостаточной защитой металла от окисления.

В качестве защиты хорошо зарекомендовал себя присадочный материал с раскислителем – фосфором, или флюс, состоящий из 94 % прокаленной буры и 4–6 % металлического магния. Поверхность прутка смачивают жидким стеклом, затем наносят флюс в виде пудры и просушивают.

Если толщина заготовок превышает 5 мм, то угол среза на кромках должен составлять 70–90°. При сварке используют графитовые или асбестовые подкладки. Зазор между кромками должен составлять 0,5 мм; электрод следует держать под углом 10–20° к вертикали. Если толщина соединения составляет около 5 мм, то его проковывают без подогрева; при большой толщине используют подогрев до 800 °C и последующее быстрое охлаждение. Во избежание снижения механических свойств сварка стыковых швов ведется в один слой и с одной стороны.

Если предпочтительна ручная сварка покрытыми электродами, то ее ведут на постоянном токе обратной полярности короткой дугой без поперечных колебаний. Для лучшего формирования шва рекомендуются возвратно-поступательные движения электродов. Если удлинить дугу, то это вызовет увеличение разбрызгивания и повлияет на формирование шва. Механические свойства соединений от этого снижаются.

При толщине медных заготовок до 4 мм сварка ведется без раздела кромок и подогрева. При толщине листа свыше 5 мм обязательны предварительный подогрев до температуры 250–300 °C и односторонняя разделка кромок с углом 60–70° с последующим притуплением их до 1,5–3 мм. X-образная разделка рекомендуется при больших толщинах. При сварке меди часто используют электроды «Комсомолец-100», получившие наибольшее распространение, в которых в качестве стержня используется медная проволока М1 и М². Медные электроды диаметром менее 3 мм применяют редко, так как они имеют низкую механическую прочность.

Высокопроизводительные электроды марок АНЦ-1 и АНЦ-2 обеспечивают выполнение сварки без подогрева заготовок, имеющих толщину до 15 мм. Если использовать небольшой подогрев (250–400 °C), то эти электроды можно использовать для сварки медных изделий большой толщины.

Различные виды бронзы отличаются друг от друга по свариваемости, поэтому технология сварки бронзы довольно различна. Химический состав свариваемого металла должен быть сходным с составом присадочного материала. Сварку выполняют постоянным током обратной полярности, двигаясь короткими отрезками.

При сварке латуни применяют электроды марки ЗТ. Температура плавления латуни – 800–1000 °C.

Сварка ведется постоянным током обратной полярности, короткой дугой. Шов после сварки подвергается проковке и отжигу при температуре 600–660 °C: это необходимо для выравнивания химического состава и придания шву мелкозернистой структуры.

Благодаря своей высокой коррозионной стойкости, жаропрочности и жаростойкости никель и его сплавы являются важнейшими конструкционными материалами, которые используются в разных отраслях промышленности.

Никель и его сплавы можно сваривать дуговой, газовой и другими видами сварок. Если толщина заготовок не превышает 5 мм, то сварка ведется без разделки кромок. При толщине от 6 до 12 м применяется v-образная разделка кромок, а при толщине более 12 мм – х-образная, с углом раскрытия 60–70° и притуплением 2–4 мм в зависимости от толщины свариваемого металла.

Зазоры под сварку не должны превышать 1–1,5 мм. Кромки перед сваркой зачищают до металлического блеска и обезжиривают ацетоном или авиационным бензином.

Так как никель и его сплавы имеют высокое электрическое сопротивление, при сварке вылет проволоки следует уменьшать в 1,5–2 раза по сравнению с вылетом электрода при сварке сталей. Основные трудности при сварке никеля и его сплавов – высокая склонность к образованию пор и кристаллизационных трещин. Это связано с переходом металла из твердого в жидкое состояние, в результате которого образуются нерастворимые продукты, способствующие образованию пор в металле шва. Техника сварки должна предусматривать надежную защиту зоны сварки от атмосферного воздуха и хорошее раскисление варочной ванны.

Одной из эффективных мер является сварка короткой дугой (до 1,5 мм), при которой резко уменьшается подсос газов из атмосферы. Чтобы предупредить образование пор по линии сплавления, необходимо перед сваркой предварительно подогревать металл до температуры 250–300 °C с последующим охлаждением на воздухе.

При толщине листов свыше 1,5 мм применяют электроды с основным покрытием на постоянном токе обратной полярности. Для того чтобы снизить напряжение в сварном соединении и предупредить перегрев электрода, используют пониженный ток (по сравнению с током, применяемым для сварки стали).

Сварка ведется в нижнем положении, причем поперечные колебания электрода не должны превышать трех диаметров электрода. При случайных обрывах дуги ее возбуждают на зачищенном от шлака шве, отступая назад от кратера на 5–6 мм. Сварка выполняется за один проход. При большой толщине свариваемых кромок ведут многопроходную сварку после остывания соединения и тщательной очистки предыдущего слоя от брызг и шлака.

Если предпочтительна полуавтоматическая сварка, то ее ведут плавящимся электродом в среде защитных газов на постоянном токе обратной полярности. В качестве защитной среды служит аргон и гелий. Повышает качество швов введение в аргон до 20 % водорода. Сварку ведут стандартными полуавтоматами с горелкой, которую наклоняют углом вперед на 10–15° от вертикали. Чтобы в шве не образовывались поры, рекомендуется применять сварочную проволоку, легированную до 3 % титаном или добавками редкоземельных элементов.

Предупреждают прожоги и способствуют формированию обратной стороны шва флюсовые подушки или медные формующие подкладки. Сварка начинается и заканчивается на технологических планках с разделкой кромок и толщиной, равной толщине свариваемого металла.

Незначительная теплопроводность и низкая температура плавления свинца требуют применения небольшой погонной энергии сварки. Сварка свинца может проводиться в любом положении, но при наклоне изделия более 10–15° происходит вытекание металла из ванны, что влияет на формирование сварных швов. Приемлемым является нижнее положение, на которое и нужно ориентироваться при сварке свинцовых изделий.

Так как свинец имеет большую плотность и существует вероятность провалов ванны, рекомендуется применять передвижные формирующие пластины-прокладки. Кромки изделий перед сваркой протирают бензином или четыреххлористым углеродом и зачищают шабером до металлического блеска на ширину 20–25 мм.

Заготовки толщиной до 2 мм сваривают с отбортовкой кромок высотой, равной толщине свариваемого металла; при толщине свинца до 8 мм – без разделки кромок; при большей толщине делается скос кромок с общим углом раскрытия 60–70° без зазора в стыке и притупление 3–4 мм. Иногда выполняют двустороннюю подготовку кромок. Сварка свинца проводится угольным электродом, в среде инертных газов – плавящимся и неплавящимся электродами, а также ацетилено-кислородной сваркой. Сварка угольными электродами выполняется на постоянном токе прямой полярности.

Во время сварки электроды располагаются перпендикулярно или с наклоном на 10–15° от вертикали в сторону движения сварки.

Сварка алюминия и его сплавов

Чистый алюминий имеет ограниченное применение из-за своей низкой прочности и высокой пластичности. В повседневной жизни находят применение сплавы алюминия – дюралюмины и силумины. При сварке алюминия на поверхности расплавленного металла образуется тугоплавкая пленка оксида алюминия, которая препятствует процессу сплавления между собой частиц металла. Разность между температурой плавления оксида алюминия (2050 °C) и температурой плавления алюминия (658 °C) создает технологические трудности в ходе сварочных работ.

Независимо от способа сварки изделия должны проходить специальную подготовку. Поверхности обезжиривают и удаляют с них пленку оксида алюминия. Точно так же подготавливают присадочную проволоку и электродные стержни перед нанесением на них покрытия.

Обезжиривание проводят с помощью растворителей, например авиационного бензина или технического ацетона. Следующий этап – механическая зачистка или химическое травление, которое удаляет оксидную пленку. Обезжиривание и травление проводят не более чем за 2–4 ч до сварки.

Для неответственных изделий применяется ручная сварка угольным электродом на постоянном токе прямой полярности. Если металл имеет толщину до 2 мм, то сварку ведут без присадки и без разделки кромок; при толщине металла свыше 2 мм сварку выполняют с зазором, равным 0,5–0,7 толщины свариваемых листов или с разделкой кромок. Ручная сварка покрытыми электродами выполняют при изготовлении конструкций из технического алюминия, сплавов АМц и АМг и силумина. При умеренных токах требуемое проплавление обеспечивается использованием постоянного тока прямой полярности с предварительным подогревом (для средних толщин – 250–300 °C, для больших толщин – до 400 °C). Скорость сварки алюминия должна быть выше, чем скорость сварки стали. Она ведется непрерывно в пределах одного электрода в связи с тем, что пленка шлака на кратере в конце электрода препятствует повторному зажиганию дуги.

Сварочный ток принимается из расчета не более 60 А на 1 мм диаметра электрода – это обеспечит устойчивость процесса и минимальные потери при разбрызгивании. Электроды предварительно просушивают при температуре 150–200 °C в течение 2 ч.

При ручной аргонодуговой сварке применяют неплавящиеся вольфрамовые электроды в осушенном от влаги аргоне высшего сорта на переменном токе. Если толщина свариваемого металла равна 5–6 мм, то применяются электроды диаметром 1,5–5 мм.

Техника сварки имеет здесь свои особенности. Между электродом и присадочной проволокой должен выдерживаться угол примерно в 85–90°. При подаче присадки используют возвратно-поступательные движения. Эффективная защита достигается оптимальным расходом газа. Металл толщиной до 10 мм сваривают справа налево: этот прием позволяет снизить перегрев свариваемого металла.

Сварка трубопроводов

Основным способом сварки неповоротных стыков магистральных трубопроводов или отдельных труб в непрерывную является ручная сварка электродами. Преимуществами такой сварки являются простота работы и возможность применения его в разных климатических условиях.

Сварные трубы, которые применяют при прокладке технологических, магистральных и производственных трубопроводов, имеют наружный диаметр 4–1620 мм при толщине стенок 0,3–25 мм. Сварные трубы выпускают с прямым продольным или спиральным сварным швом.

Цельнокатанные трубы изготавливают из низкоуглеродистой мартеновской стали с пределом прочности 350–550 МПа. Промышленность выпускает трубы наружным диаметром 114–426 мм и толщиной стенки 4,5–20 мм.

Магистральные трубопроводы нефтяных заводов, а также трубопроводы для транспортирования жидких и агрессивных веществ монтируются из цельнокатанных труб, изготовленных из легированных жаропрочных и нержавеющих сталей.

Алюминиевые трубы предназначены для магистральных трубопроводов и трубопроводов нефтезаводов, которые находятся в средах, вызывающих коррозию. Сортаментом для этих труб предусмотрены наружные диаметры 120–280 мм и толщина стенок 10–30 мм. Для сборки магистральных и заводских производственных трубопроводов применяются специальные фасонные части. Их применяют для углов поворотов, участков ответвления и пр. Такие части представляют собой крутоизогнутые угольники, двойники, тройники, переходы, изготавливаемые из стали 20 путем протяжки или штамповки. Применяют и сварные фасонные части. Крутоизогнутые угольники выпускают с наружным диаметром 48–529 мм при толщине стенок 4,5–12 мм и среднем радиусе 80–500 мм. Сварные отводы чаще всего делают из нескольких частей (рис. 119).

Рис. 119. Типы сварных отводов.

Подготовка к сварке

Монтаж магистральных и производственных трубопроводов предусматривает сварку как основной способ соединения. Ее ведут при температуре окружающего воздуха не ниже -20 °C, так как при более низких температурах происходит интенсивное насыщение расплавленного металла шва такими газами, как кислород и водород. Такое насыщение вызывает пористость и ведет к снижению механической стойкости сварного шва.

Подготовка кромок труб к сварке и качество сборки стыков оказывают влияние на качество сварного соединения. Основными типами сварных соединений труб являются v-образное или чашеобразное стыковое. В подготовку входят правка свариваемых концов, очистка кромок от грязи и масла и сборка. Для правки труб применяют механические, гидравлические и пневматические приспособления.

Кромки под сварку готовят на заводах-изготовителях труб. Угол скоса составляет 25–30°. Если скос отсутствует, следует снять фаску резцом или резаком-труборезом.

Очистка свариваемых кромок заключается в удалении масла и органических покрытий бензином или специальным растворителем. Если имеются грязь и ржавчина, то их счищают с помощью стальных щеток или абразивных кругов.

Сборка стыков под сварку состоит в том, что кромки труб совмещают таким образом, чтобы поверхность свариваемых труб совпадала и не была нарушена ось нитки трубопровода. Необходимо, чтобы зазор между кромками имел одинаковые размеры по всему контуру шва. При сборке часто используют центратор. Стыки после сборки прихватывают сварными швами длиной 60–80 мм с расстоянием между прихватами 300–400 мм при диаметре труб до 300 мм. Желательно выполнять прихватки теми же электродами, что и стык. Такой прием позволяет обеспечить однородность наплавленного металла и хорошее качество шва.

Если применяется внутренний центратор, то вместо прихватки применяют сплошную заварку корня шва в виде первого слоя.

Если ведется ручная дуговая сварка, то ее выполняют в 2–3 слоя, так как многослойная сварка обеспечивает глубокий провар корня и повышает плотность сварного соединения. Такой способ применяют с поворотом и без поворота свариваемых стыков.

При сварке поворотных стыков применяется следующий способ (рис. 120): первым слоем заваривают участки от точки 1 до точки 2 и от точки 4 до точки 3 на всех стыках труб.

Рис. 120. Последовательность сварки поворотных стыков.

После этого секцию поворачивают на 90° и заваривают участки от точки 4 до точки 1 и от точки 3 до точки 2. Чтобы не образовался прожог металла, рекомендуется производить сварку первого слоя электродами диаметром 4 мм при сварочном токе 120–140 А. Наварку слоев следует выполнять в одном направлении с постепенным поворотом свариваемой секции.

Если сваривается неповоротный стык, то сварку ведут при соединении секций в одну плеть и окончательном монтаже трубопровода. Порядок наложения сварных швов следующий: первый слой – швы 1, 2, 3 завариваются снизу вверх; последующие – сверху вниз.

Замки, или замыкающие участки в смежных слоях шва, должны отстоять друг от друга на расстоянии примерно 60–100 мм; в потолочной части шва удобно заканчивать сварку на расстоянии 50–70 мм от нижней точки. Если сварку неповоротных стыков выполнить невозможно, то применяют комбинированный способ (рис. 121).

Рис. 121. Комбинированный способ сварки: 1 – нижняя часть шва; 2 – вставка; 3 – верхняя часть шва.

При этом способе сваривают стык со вставкой 2, при этом нижняя часть шва 1 заваривается с внутренней стороны; верхняя часть шва 3 заваривается с наружной стороны. Тип применяемых электродов тот же, что и при сварке поворотных стыков.