Файл: Безбах, Д. К. Сварка на открытых площадках в судостроении и судоремонте.pdf

Зависимость диаметра сопла от диаметра защищенного пятна, полученная методом окисляющейся струны, показана на рис. 41. Обработка результатов эксперимента математическими методами показала, что данную зависимость приближенно можно выразить следующим образом:

изменяя режим сварки или применяя электродные материалы, дающие шлак, например порошковую проволоку вместо монолитной; е) уменьшать расстояние между соплом и изделием до величины,

составляющей 1/2— 1/4 от диаметра сопла; ж) плавно, без рывков перемещать горелку при манипуляциях

сварочной дугой; з) удерживать сварочную горелку в таком положении, чтобы

ось сопла была перпендикулярна к изделию, в этом случае обеспе­ чивается минимальный зазор между соплом и изделием по всей окружности сопла.

§7. Влияние погодных условий

'на формирование сварных швов

Одним из важных условий обеспечения высокого качества свар­ ных конструкций,, их работоспособности является строгое соблю­ дение наружных размеров швов и глубины проплавления основного металла.

При сварке на открытых площадках на формирование сварных швов могут оказать отрицательное влияние некоторые из метеороло-

62

Пониженная температура воздействует на процесс распростра­ нения тепла в основном металле. Это влияние, как было показано в § 3, можно приравнять соответствующему уменьшению погонной энергии сварочной дуги.

Как показали эксперименты, площадь сечения шва уменьшается за счет снижения проплавления основного металла. Это уменьшение составляет 5—6% при понижении температуры на 50° С. Соответ­ ственно уменьшается ширина шва и глубина проплавления. Коэф­ фициент формы шва, представляющий собой отношение высоты шва к его ширине, практически не изменяется.

Р и с . 42 . О бр а зо в а н и е «козы рьков» в р езу л ь т а те в оздей стви я ветра.

Уменьшение глубины проплавления может привести к появле­ нию в металле шва большого количества таких дефектов, как непро­ вары, шлаковые включения и подрезы.

Увеличивая погонную энергию дуги, можно компенсировать влияние пониженной температуры на формирование шва.

Ветер оказывает динамическое воздействие на сварочную дугу, в результате чего на электродах неравномерно оплавляются по­ крытия, а при сварке порошковой и легированной проволоками без дополнительной защиты или в среде углекислого газа отклоняется дуга и изменяется траектория полета капель с торца электродной проволоки.

Формирование сварного шва может быть нарушено в том случае, если дуга смещается от оси шва, т. е. при боковом ветре. Попутный и встречный ветер скоростью до 7—8 м/с не оказывает существенного' влияния на этот процесс. Боковой ветер вызывает несимметричное проплавление: с наветренной стороны проплавление глубже, на противоположной стороне возможны наплывы. Получить швы с сим­ метричным проплавлением кромок при боковом ветре очень трудно.

При ручной электродуговой сварке следует различать три ос­ новных положения электрода (рис. 42): наклон торцом навстречу

В случае а ветер и магнитное поле смещают дугу в противополож­ ных направлениях, в некоторых случаях их действие может взаимно компенсироваться. Однако при ветре значительной силы неизбежно

63

имеют правильную форму во всем диапазоне скоростей ветра. Во втором случае при скорости ветра свыше 7—8 м/с происходит несим­ метричное проплавление, появляются наплывы.

Подобное влияние оказывает ветер на сварку стыковых и угло­ вых швов в нижнем и других пространственных положениях.

Особенно опасным следует считать боковой ветер, который сме­ щает дугу на подветренную кромку, что может привести к непро­ варам и несплавлениям.

§ 8. Влияние погодных условий на сплошность швов

При сварке на открытых площадках возникают те же дефекты, что и в цеховых условиях, однако их всегда больше, а причины воз­ никновения специфичны.

К сплошности швов ответственных сварных соединений корпуса судна предъявляются жесткие требования. В сварных швах корпу­ сов судов не допускаются трещины, непровары, прожоги, свищи, протеки и наплывы металла, поры размером более 10% толщины листов или более 2 мм при толщине листов свыше 20 мм, подрезы глубиной более 0,5 мм и длиной более 15 мм. Суммарная длина подрезов не должна превышать 10% длины шва. Не допускаются также бугорки и чешуйки, превышающие на 3 мм расчетную высоту шва.

Наиболее часто на открытых площадках при всех способах сварки возникают поры. Вероятность образования пор определяется потен­ циальным суммарным (спрятанным) давлением газов сварочной ванны [63]. При различных способах сварки потенциальное давле­ ние для пористых швов составляет (20ч-50) X 104 Па. Если при сварке вторым проходом использовать электродный материал, для кото­ рого потенциальное давление газов меньше, чем при первом про­ ходе, то в шве возникнут поры. Например, если первый слой был выполнен легированной проволокой без дополнительной защиты, то при сварке любым другим электродным материалом появятся поры.

Образованию пор способствует низкое атмосферное давление. Сварка в камере при давлении, в несколько раз превышающем ат­ мосферное, значительно уменьшает пористость швов.

Установлено, что пористость зависит также от типа защитного газа. Так, при сварке в углекислом газе допустимое количество азота в швах без пор может оказаться значительно больше, чем при сварке в среде аргона [63].

При сварке в среде защитных газов пористость может быть сле­ дствием поступления воздуха через зазоры в свариваемых соеди­ нениях (сквозняки), забрызгивания сопла или удаления его от изде­ лия.

Образование пор при повышенной влажности зависит от типа применяемых электродов. Так, при повышенной влажности элек­

66

троды фтористо-кальциевого типа более склонны к образованию пор, чем, например, рутилового типа.

При сварке под флюсом поры чаще всего образуются при нали­ чии на основном металле ржавчины или толстого слоя защитного покрытия, а также если флюс и кромки основного металла чрез­ мерно увлажены. По некоторым данным [16], наличие на поверх­ ности кромок 5— 6 г на 1 м шва ржавчины неизбежно приводит к об­ разованию пор при сварке под флюсом.

На пористость швов от воздействия азота влияет температура окружающей среды: при пониженной температуре в швах наблю­ дается больше растворенного азота.

При сварке в условиях пониженной температуры количество пор в металле шва возрастает в 1,5—2 раза [55, 62]. При этом меньше пор при сварке на постоянном токе обратной полярности, чем на токе прямой полярности, и значительно меньше, чем при сварке на переменном токе.

Количество пор в шве зависит от его формы: чем меньше высота и больше ширина шва, тем меньше пор.

При увеличении скорости сварки и уменьшении мощности дуги пористость в неблагоприятных погодных условиях возрастает.

Но все же основным метеорологическим фактором, способствую­ щим образованию пор, является ветер. Ветер влияет не только на сварку в среде защитных газов, но и на ручную сварку покрытыми электродами, а также механизированную сварку без дополнитель­ ной защиты. На практике необходимо знать наибольшую допусти­ мую скорость ветра для каждого способа сварки и сварочного мате­ риала.

Для того чтобы получить экспериментальные данные, удобнее всего воспользоваться методикой поперечных валиков. Согласно этой методике пять—десять валиков наплавляют поперек стыка двух пластин при боковом ветре определенной скорости. Если ме­ талл шва склонен к порам, то последние обязательно появляются на стыке двух пластин, так как шов здесь образует мостик, обдувае­ мый ветром со всех сторон. После наплавки пластины разламывают по стыку. Проба с поперечными валиками дает возможность опреде­ лить волокнистый или межкристаллитный характер излома, нали­ чие пор, шлаковых включений, непроваров, несплавлений и трещин.

Зависимость относительного количества швов с порами от ско­ рости ветра, полученная экспериментально методом поперечных

Для проволоки ЭП-439 предельно допустимая скорость ветра по образованию пор не может быть установлена, так как с возраста­ нием ветра количество пор уменьшается.

В швах, выполненных при пониженных температурах сваривае­ мого металла, наблюдается в 1,5—2 раза больше неметаллических включений [55, 62].

Установлено, что при сварке под флюсом понижение темпера­ туры металла на 10° приводит к увеличению содержания окислов на 5%. При сварке на переменном токе окислов в два раза больше как при нормальной, так и при пониженной температуре.

Рис. 46. Зависимость относительного количе­ ства пористых швов в эксперименте от ско­ рости ветра.

Кроме неметаллических включений (размеры которых очень малы — десятки микрометров) в швах могут быть шлаковые вклю­ чения (размерами в несколько миллиметров), увеличению количества которых также способствует пониженная температура свариваемого материала. Основным путем предупреждения их появления является повышение погонной энергии дуги.

В швах могут появиться трещины. Снижение температуры основного металла, а следовательно, и скорости его охлаждения приводит к изменению скорости деформации в интервале темпера­ тур, при которых образуются трещины. В результате этих изме­ нений вероятность образования трещин при пониженной темпера­ туре возрастает.

Из практики судостроительных и судоремонтных заводов, рас­ положенных на территории Сибири, известны случаи полного раз­ рушения швов, заваренных электродами ОММ-5 при отрицатель­ ной температуре, в результате возникновения продольных трещин. Трещины появлялись к моменту окончания сварки или спустя не­ сколько часов. Появление трещин сопровождалось характерным треском. В аналогичных конструкциях, сваренных электродами УОНИ-13/45А, трещин не наблюдалось.

68

Продольные трещины могут возникать в незавареином корне шва при многослойной односторонней сварке [16]. При нормальной температуре такие трещины возникают на стали толщиной свыше 30 мм, при температуре —40° С — свыше 18 мм. Со временем раз­ меры трещин увеличиваются.

При увеличении содержания водорода до определенного уровня в швах могут появиться флокены — надрывы вокруг включений, способствующие образованию трещин.

При сварке электродами водородистого типа (АНО-4 и др.) появление флокеиов неизбежно из-за наличия водородо содержащих компонентов в покрытии. Увлажнение покрытия электродов типа УОНИ-13/45А после выдерживания их во влажной атмосфере в те­ чение нескольких часов или суток, оцениваемое в 0,5% и выше, неизбежно приводит к образованию флокеиов.

При автоматической сварке под флюсом флокены образуются при переходе температуры от положительной к отрицательной, т. е. при появлении инея на свариваемых кромках.

Предупредить появление флокеиов и трещин можно, ограничив содержание в металле шва водорода. Положительных результа­ тов можно достичь при сварке с подогревом и при сварке участков, когда верхние слои наплавляются на еще теплые нижние слои.

§ 9. Влияние погодных условий на механические свойства сварных соединений

Особенности теплофизических и металлургических процессов, происходящих при сварке на открытых площадках, приводят в конечном счете к изменению механических свойств металла шва и сварного соединения.