Технология сварки трубопроводов

Содержание

 

Введение 3

1. Сварка чугуна 5

1.1 Особенности сварки чугуна 5

1.2 Выбор электродов для сварки  чугуна 9

1.3 Холодная сварка чугуна 12

2. Охрана труда и техника безопасности при производстве газосварочных и электросварочных работ 16

2.1 Охрана труда при эксплуатации  газовых баллонов 16

2.2 Техника безопасности при сварке  чугуна 17

3. Мероприятия по защите окружающей  среды 19

Заключение 21

Литература 22

 

 

Введение

 

Сваркой называется процесс  получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями  при их нагревании и (или) пластическом деформировании.

Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в  современном производстве. Многие конструкции  современных машин и сооружений изготовить без помощи сварки невозможно. Развитие техники предъявляет всё  новые требования к способам производства и, в частности, к способам и технологии сварки.

Условия, в которых выполняется  сварка, становятся всё более сложными: сварка выполняется в вакууме, под  водой, в невесомости. Сварка стала  вторым после сборки технологическим  процессом, впервые опробованным нашими космонавтами в космосе.

Сварка - такой же необходимый  технологический процесс, как и  обработка металлов резанием, литьё, ковка, штамповка. Перспективы развития сварки как в научном, так и  техническом плане безграничны.

О возможности применения «электрических искр» для плавления  металлов ещё в 1753г. говорил академик Г.Р. Рихман при исследованиях атмосферного электричества. В 1802г. Санкт-Петербургской  Военно-хирургической академии В.В. Петров открыл явление электрической  дуги и указал возможные области  её применения.

В 1882г. российский учёный-инженер  Н.Н. Бенардос открыл способ электродуговой сварки металлов неплавящимся угольным электродом. Также им был разработан способ дуговой сварки в защитном газе и дуговая резка металлов.

В 1888г. российский инженер  И.П. Славянов предложил проводить  сварку плавящимся металлическим электродом. С его именем связано развитие металлургических основ электрической  дуги и создание первого электрического генератора.

В последние десятилетия  учёные открыли много новых источников энергии – это обусловило появление  новых видов сварки – лазерной и электронно-лучевой. Эти способы  сварки применяются в нашей промышленности.

Благодаря современным технологиям  стала возможной сварка титана и  его сплавов, вольфрама, керамики, а  также гораздо более эффективная  сварка материалов, которые уже давно  известны и обрабатываются сваркой. К таким материалам относится  чугун, обладающий повышенной хрупкостью и плохой свариваемостью, которая  объясняется некоторыми особенностями  процесса сварки.

 

 

1. Сварка чугуна

 

1.1 Особенности сварки  чугуна

 

Чугуном называется сплав  железа с углеродом, содержащий углерод  от 2 до 6,67 %. Наряду с углеродом в  чугуне содержится кремний, марганец, сера и фосфор. Содержание серы и  фосфора в чугуне больше, чем в  стали. В специальные (легированные) чугуны вводят легирующие добавки –  никель, молибден, ванадий, хром и др.

Углерод в чугуне находится  либо в химически связанном состоянии, либо в свободном состоянии, т.е. в виде графита. Структура чугуна зависит от количества углерода, находящегося в химически связанном состоянии.

Чугуны различают по структуре  – на белый, серый и ковкий; по химическому составу – на легированный и нелегированный.

Белый чугун – это  такой чугун, в котором большая  часть углерода химически соединена  с железом в виде цементита. Цементит имеет светлый цвет, обладает большой  твёрдостью и хрупкостью. Поэтому  белый чугун также имеет в  изломе светло – серый, почти белый  цвет, очень твёрд, крайне плохо поддаётся  сварке и механической обработке, поэтому  ограниченно используется в качестве конструкционного материала. В основном белые чугуны применяются для  получения ковких чугунов.

Серый чугун – это  такой чугун, в котором большая  часть углерода находится в свободном  состоянии, т.е. в виде графита. Серый  чугун мягок, хорошо обрабатывается режущим инструментом, поддаётся  сварке и термической обработке. Чем больше в чугуне углерода, тем  ниже температура его плавления  и выше жидкотекучесть.

Кремний уменьшает растворимость  углерода в железе, способствует распаду  цементита с выделением свободного графита. При сварке происходит окисление  кремния, окислы кремния имеют температуру плавления более высокую, чем свариваемый металл, и тем самым затрудняют процесс сварки.

Марганец связывает углерод  и препятствует выделению графита. Этим он способствует отбеливанию чугуна. При содержании марганца более 1,5 % свариваемость  чугуна ухудшается.

Сера в чугунах является вредной примесью. Она затрудняет сварку, понижает прочность и способствует отбеливанию чугуна. Верхний предел содержания серы в чугунах – 0,15 %. Для ослабления вредного влияния  серы содержание марганца в чугунах  должно быть в три раза больше.

Фосфор в чугуне увеличивает  жидкотекучесть и улучшает его свариваемость, но вместе с тем понижает температуру  его затвердевания, повышает хрупкость и твёрдость. Содержание фосфора в серых чугунах не должно превышать 0,3 %.

Ковкий чугун получают из белого чугуна термической обработкой - длительной выдержкой при температуре 800 – 850 градусов Цельсия. При этом углерод в чугуне выделяется в виде хлопьев свободного углерода, располагающегося между кристаллами чистого железа.

При нагреве ковких чугунов  свыше 900 градусов Цельсия графит может  распадаться и образовывать химическое соединение с железом – цементит, при этом деталь теряет свойства ковкого  чугуна. Это затрудняет сварку ковкого  чугуна т.к. для получения первоначальной структуры ковкого чугуна его  приходится после сварки подвергать полному циклу термообработки.

Легированный чугун имеет  специальные примеси хрома, никеля, молибдена, благодаря которым повышается его кислотостойкость, прочность  при ударных нагрузках и др.

Высокопрочный чугун получают из серого чугуна специальной обработкой – введением в жидкий чугун  при температуре не ниже 1400 градусов Цельсия чистого магния и его  сплавов. Графит в высокопрочном  чугуне имеет сферическую форму.

Сварка чугуна применяется  в основном в ремонтных целях  и для изготовления сварнолитых  конструкций. К сварным соединениям  чугунных деталей в зависимости  от типа и условий её эксплуатации обычно предъявляются следующие  основные требования: механическая прочность, плотность (водонепроницаемость и  газонепроницаемость), обрабатываемость режущим инструментом. Однако при  сварке чугуна возникает целый ряд  трудностей, обусловленных его химическими  составом, структурой и механическими  свойствами. Главные из них следующие:

1) образование твёрдых  закалённых зон, затрудняющих  последующую механическую обработку  и приводящих к образованию  трещин (причиной служит выгорание  кремния и быстрое охлаждение);

2) интенсивное газообразование  в сварочной ванне, которое  продолжается и на стадии кристаллизации, может привести к образованию  пор в металле шва;

3) повышенная жидкотекучесть  чугуна затрудняет удержание  расплавленного металла от вытекания  и формирование шва;

4) наличие кремния способствует  образованию на её поверхности  тугоплавких окислов, приводящих  к образованию непроваров;

5) высокие скорости охлаждения  металла и шва и зоны термического  влияния приводят к отбеливанию  чугуна, т.е. к появлению участков с содержанием цементита в различном количестве. Высокая твёрдость отбеленных участков практически лишает возможности обрабатывать чугуны режущим инструментом.

Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны может быть охарактеризовано схемой, представленной на рис.1. В случае низких скоростей охлаждения в чугунном шве и участке околошовной зоны может быть обеспечено сохранение структуры серого чугуна.

На схеме W'охл обозначено наибольшее значение скорости охлаждения, если чугун сваривали без предварительного подогрева.

Сварка чугуна с подогревом(300–400 градусов Цельсия) уменьшает скорость охлаждения (W''охл) на рис.1).

 

Рис. 1.1.1. Влияние скорости охлаждения на структуру металла  шва и околошовной зоны

 

При высоком подогреве (600–650 градусов Цельсия) скорость охлаждения снижается до W'''охл, при которой  отбеливания не происходит.

Указанные особенности сварки чугуна являются следствием нарушения  сплошности его металлической основы включениями графита, а также  склонностью его к отбелке (выгоранию  графита), а также склонностью  его к закалке даже при небольших  скоростях охлаждения. Эти свойства чугуна определяются высоким содержанием  углерода в нём.

В чугуне могут образовываться следующие структурные составляющие:

Феррит (Ф) – твёрдый раствор  углерода в железе.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом.

Перлит (П) – смесь перлита  с цементитом.

Ледебурит (Л) – смесь  цементита и перлита.

Графит (Г) – особая форма  углерода, наиболее мягкая составляющая чугуна.

Имеется несколько способов сварки чугуна, которые делятся на две основные группы: холодная и горячая сварка. Выбор способа сварки зависит от требований, предъявляемых к сварному соединению, а также от типа применяемых электродов.

 

 

1.2 Выбор электродов для  сварки чугуна

 

Электроды ля сварки чугуна характеризуются по применяемому виду стержня электрода.

Стержень электрода может  быть изготовлен из чугунных прутков, стальной сварочной проволоки, медной проволоки и её сплавов, а также  из некоторых проволок легированных сталей.

Сварка стальными электродами  с применением специальных покрытий. В этом случае применяют электроды  из проволоки Св-08 или Св-08А со специальными покрытиями. Важную роль в покрытии играет ферросилиций, который  помогает получить серый чугун. Этот способ используется для сварки изделий  несложной формы, работающих при  незначительных нагрузках. При правильном и тщательном выполнении сварки можно  добиться получения плотного сварного соединения, поддающегося механической обработке.

К указанной группе электродов относятся электроды марки ЦЧ-4, в состав покрытия которых входят элементы, активно вступающие в химическое соединение с углеродом свариваемого металла и образующие устойчивые карбиды, нерастворимые в железе.

Также следует отметить электроды марки ЭМЧС, стержень которых  состоит из низкоуглеродистой проволоки, а покрытие – из трёх слоёв: 1-й  слой является легирующим, 2-й шлако- и газообразующим, 3-й – газозащитным. Применение этих электродов при сварке чугунных изделий с относительно небольшой толщиной свариваемого металла (8-10мм) позволяет получить качественные сварные соединения без предварительного подогрева. При сварке изделий большей  толщины первые слои выполняют электродами  ЦЧ-4, а последующие – электродами  УОНИ-13/45.

Сварка электродами монель-металла. При сварке электродами из монель-металла (25-30% меди и 60-70%) обеспечивается сравнительно хорошая обрабатываемость наплавленного металла и повышенная стойкость против образования трещин. Медь и никель не образуют соединений с углеродом, но их наличие в сплаве уменьшает растворимость углерода в железе и способствует графитизации. Поэтому они уменьшают вероятность отбеливания.

Электроды состоят из медно-никелевых  стержней диаметром 3-4мм и специального покрытия. Находят применение в промышленности электроды марок МНЧ-1 со стержнем из монель-металла. Сварку ведут электродами  диаметром 3-4мм, не допуская перегрева  детали (для этого рекомендуются  перерывы для охлаждения).

Сварку электродами из монель-металла применяют и в  комбинации с другими электродами, что позволяет получить соединения, удовлетворительные по механической прочности  и обрабатываемости. Сварка комбинированными электродами. В качестве комбинированных  электродов применяются железомедные электродов:

1) Медный стержень с  оплёткой из жести толщиной 0,25-0,3мм, которую в виде ленты шириной  5-7мм навивают на стержень по  винтовой линии.

2) Пучок электродов, состоящий  из одного или двух медных  стержней и стального электрода  с защитным покрытием любой  марки. Пучок связывают в трёх-пяти местах медной проволокой, и на конце, вставляемом в электрододержатель, прихватывают между всеми стержнями.

3) Наиболее совершенные  из числа железомедных электродов - электроды марки ОЗЧ-1, представляющие собой медный стержень диаметром 4-5мм, на который нанесено покрытие, состоящее из сухой смеси покрытия УОНИ-13 (50%) и железного порошка (50%), замешанных на жидком стекле.

Сварку железомедными  электродами следует вести таким  образом, чтобы не допускать сильного разогрева свариваемых деталей: на минимально возможных токах, обеспечивающих стабильное горение дуги, короткими  участками, с перерывами для охлаждения свариваемых деталей.

Общий недостаток железомедных электродов – неоднородная структура  металла шва: мягкая медная основа и  твёрдые включения железной составляющей, затрудняющие обработку и препятствующие получению высокой чистоты обработанной поверхности. Несколько лучшей обрабатываемостью обладают швы, выполненные электродами марки АНЧ-1, стержень которых состоит из аустенитной стали и медной оболочки. На электрод наносят покрытие фтористокальциевого типа. По сравнению железомедными электродами они обеспечивают лучшие обрабатываемость мест сварки и стойкость металла шва против образования кристаллизационных трещин.

Сварка чугуна чугунными  электродами. Для сварки чугуна применяют  чугунные электроды с покрытием, в которое входит графитообразующие  элементы, и электроды из аустенитного никелевого чугуна с покрытием, состоящим  из карборунда(55%), и углекислого  бария(23,7%), замешанных на жидком стекле. Стержни чугунных электродов изготавливают  из круглых стальных прутков.