Курсовая работа: Изготовление и монтаж опоры технологического трубопровода

Преимущества ручной дуговой сварки покрытым электродом:

1. Простота процесса сварки.

2. Возможность выполнения швов в различных пространственных положениях.

3. Сравнительно небольшой объем шлаков, позволяющий получить швы высокого качества.

4. Возможность соединения металлов различных толщин.

5. Низкое разбрызгивание при сварке на короткой дуге (для постоянного тока).

1.6. Металлургические процессы при дуговой сварке покрытым электродом

Металлургические процессы при дуговой сварке отличаются от процессов в плавильных печах следующими особенностями:

· малый объем расплавленного и нагретого металла;

· высокая температура процесса;

· быстрый отвод тепла от расплавленного металла при сравнительно холодном основном металле.

Высокая температура сварочной дуги значительно ускоряет процессы в металле при сварке. Молекулы кислорода, водорода и азота распадаются на атомы и взаимодействуют с расплавленным металлом, происходит окисление элементов, содержащихся в металле, и насыщение его водородом и азотом.

Металлургические процессы при сварке представляют собой процессы взаимодействия расплавленного и нагретого металла со шлаками, образующимися при сварке, газами и воздухом, переход металла шва каплями через сварочную дугу в сварочную ванну сопровождается выделением газов, которые остаются в наплавленном металле шва.

Кислород попадает в зону сварки из воздуха, флюса или электродного покрытия, взаимодействует с металлом жидкой ванны, окисляя железо и другие элементы, содержащиеся в стали. В связи с этим он является наиболее вредной примесью, так как образует растворимые в стали окислы, переходящие в металл шва, которые снижают пределы прочности и текучести, относительное удлинение и ударную вязкость металла сварного соединения. Это также приводит к снижению антикоррозионных свойств шва и к образованию горячих и холодных трещин.

Реакции взаимодействия с кислородом:

2Fe + O2 = 2FeO; Fe + О = FeO; 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3; 3Fe + 2O2 = Fe3O4.

При этом получаются: закись железа FeO, окись железа Fe2O3, окись-закись железа Fe3O4.

Взаимодействие влаги с железом по реакции:

Fe + Н20 = FeO + Н2.

Закись железа FeO наиболее неблагоприятна, так как при высокой температуре растворяется в стали до полного насыщения и при затвердевании частично остается в шве.

Кислород также вступает в соединение с другими элементами, входящими в состав стали:

С + О > СО ;Мn + О > МnО ; Si + 2O > SiO2,

где С, Мn, Si -- соответственно углерод, марганец, кремний.

Азот, поступая в зону сварки из воздуха, под действием высокой температуры нагревается и растворяется в жидком металле, образуя при охлаждении сварного шва химические соединения (нитриды) с железом и другими элементами стали.

Медленное охлаждение металла шва способствует удалению азота в атмосферу, быстрое охлаждение -- задержанию его в шве.

Основные нитриды железа образуются по реакциям:

8Fe + 2N = 2Fe4N ; 4Fe + 2N = 2Fe2N ; 2Fe4N + 2N = 4Fe2N

Нитриды располагаются в шве в виде азотных игл и повышают твердость и хрупкость металла шва.

Ухудшение свойств низкоуглеродистых сталей наблюдается при содержании в них азота более 0,05%. При сварке электродами с толстым покрытием достигается уменьшение содержания азота в сварном шве до 0,02...0,05%, при сварке закрытой дугой под флюсом -- до 0,008% и применением сварочных проволок с повышенным содержанием марганца. Содержание азота в сварном шве уменьшается с увеличением силы тока и уменьшением дугового промежутка.

Более устойчивыми являются нитриды алюминия, марганца, титана и кремния:

Al + ЅN2 > AlN ;Ti + ЅN2 > TiN ; 5Mn + N2 > Mn5N2 ; 3Si + 2N2 > Si3N4.

Легирование стали алюминием, марганцем, титаном и кремнием, которые связывают азот в стойкие нитриды, позволяет предупредить старение стали и повышает пластичность соединения.

Водород может поступать в зону сварки из влаги окружающего воздуха, покрытий и флюсов, ржавчины кромок металла. Сварной шов при высоком содержании водорода становится менее пластичным и хрупким в холодном состоянии. В шве появляются также газовые пузыри пористости, мелкие трещины и небольшие светлые пятна с малой полостью в центре, которые встречаются на поверхности излома. Эти свойства более выражены при сварке на переменном токе и менее выражены при сварке на постоянном токе обратной полярности.

Молекулы водорода в сварочной дуге распадаются (диссоциируют) на атомы:

Н2 = Н + Н.

Диссоциированный водород активно соединяется с кислородом, азотом, серой и фосфором, при этом происходит восстановление железа из окислов, нитридов, сульфидов и хлоридов, что нежелательно.

Против насыщения металла шва газами применяют:

· прокаленные электроды и флюсы, хранящиеся в сухом месте;

· кромки металла шва сухие и очищенные от ржавчины;

· сварку металла при низких температурах в закрытых помещениях;

· защиту свариваемого металла от попадания влаги;

· защиту сварочной проволоки от образования ржавчины.

При сварке стали в первую очередь окисляется железо, являющееся основным элементом. Другие элементы окисляются тем быстрее, чем больше химическое сродство данного элемента с кислородом. По степени уменьшения химического сродства с кислородом элементы могут быть поставлены в следующий ряд: алюминий, титан, кремний, марганец, хром, молибден, железо, никель, медь.

Углерод при повышении температуры увеличивает активность к кислороду и при 1700° С превышает своей активностью титан, а при 2100° С -- алюминий.

По мере уменьшения в зоне реакции концентрации элементов, обладающих большим сродством к кислороду, скорость их окисления падает. Соответственно возрастает скорость окисления других элементов, обладающих меньшим сродством с кислородом, которые начинают выгорать более интенсивно до тех пор, пока их концентрация не уменьшится до равновесной и не прекратится реакция окисления.

Такой процесс последовательного увеличения скорости окисления отдельных элементов продолжается до тех пор, пока концентрации всех элементов не будут соответствовать равновесным, после чего процессы окисления металла в сварочной ванне прекратятся.

При сварке стали окисление железа может происходить также под действием кислорода газов: СО, С02 и паров воды Н20 по реакциям:

Марганец и кремний, обладающие высоким сродством к кислороду, могут интенсивно выгорать при сварке стали. Выгорание углерода при сварке стали протекает по реакциям:

При нагреве ржавого металла присутствующая в ржавчине влага испаряется, а содержащийся в ней кислород окисляет свариваемый металл. Если кромки покрыты окалиной, то последняя при плавлении переходит в закись железа (FeO) с выделением кислорода. Кислород закиси железа и выделившийся из окалины свободный кислород также окисляют металл шва.

Присутствие кислорода в металле шва в виде твердого раствора или включений окислов, в первую очередь, сказывается на ухудшении механических свойств наплавленного металла: понижаются временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение, ударная вязкость. Кроме того, кислород снижает стойкость металла против коррозии, повышает склонность к старению, делает металл хладноломким и красноломким.

Таким образом, главным условием получения наплавленного металла высокого качества является защита его от окисления кислородом окружающей среды. Это достигается созданием вокруг расплавленного металла защитной среды из газов и шлаков, а также раскислением металла шва.

2. Технологическая часть

сварка межатомный металл

2.1 Выбор сварочных материалов

Все электроды для РДС должны удовлетворять следующим основным требованиям:

а) обеспечивать получение наплавленного металла требуемого химического состава и свойств;

б) обеспечивать получение плотных беспористых швов, стойких против образования горячих трещин;

в) обеспечивать хорошие технологические свойства, т.е.устойчивое горение дуги во всём диапазоне применяемых режимов, позволять вести сварку в любом пространственном положении, давать лёгкое отделение шлаковой корки, обеспечивать хорошее отделение шлаковой корки, обеспечивать хорошее формирование шва;

г) обеспечивать достаточно высокую производительность сварки, характеризуемую коэффициентом наплавки;

д) не содержать, по возможности, в составе покрытия дорогостоящих и дефицитных материалов;

е) не оказывать вредного воздействия на работающих;

Всем данным условиям, а также требованиям проекта(тип электродов Э50А) соответствуют электроды марок УОНИИ 13/55,произв. ESAB-СВЭЛ(С-Петербург)Ш 3и 4 мм, LB-52U, производства компании Kobelcoltd, Япония,Ш2,6;3,2 и 4 мм.

Характеристики данных марок электродов

LB-52U (ЛБ 52У) - сварочный электрод с пониженным содержанием водорода, что позволяет значительно улучшить характеристики сварного шва. Использование данного электрода позволяет получить отличный наплавленный металл шва и аккуратный корневой чешуйчатый валик без дефектов при сварке с одной стороны соединения. Электрод LB 52U обеспечивает высокую ударную вязкость и его часто используют для сварки труб, морских конструкций и сооружений типа резервуаров, которые необходимо сваривать только с одной стороны. Обеспечивает намного лучшую стабилизацию дуги и проплавление, чем другие низководородные электроды.

Табл. 9. Химический состав (%)

* Эти элементы специально не добавлялись.

Табл. 10. Механические свойства

Табл. 11

Табл. 12. Стандарты и одобрения

Табл. 13. Размеры электродов и сила тока при сварке

Примечание: AC, DCEP или DCEN, однако DCEN только в случае прохода при сварке корня шва(здесь - аббревиатуры рода тока и полярности по международной классификации).

Сварочные электроды УОНИИ-13/55 (ЭСАБ-СВЭЛ)производства компании “ESAB-СВЭЛ” (Россия, С-Петербург)

Высококачественные сварочные электроды

Тип электрода Э50А по ГОСТ 9466, -75, 9467-75

Достоинства сварочных электродов УОНИИ-13/55:

-электроды имеют повышенные сварочно-технологические свойства;

- легкое начальное и повторное зажигание дуги;

- повышенная устойчивость обмазки к растрескиванию и осыпанию;

- уменьшенное разбрызгивание.

Сертификаты:

Электроды УОНИИ-13/55 аттестованы НАКС.

Назначение электродов УОНИИ-13/55 - сварка ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, в т.ч. работающих при знакопеременных нагрузках и отрицательных температурах.

Вид покрытия - основной. Допустимые пространственные положения - все, кроме вертикального «сверху-вниз»,оставим последнее утверждение на совести производителя, сварка возможна при всех пространственных положениях.

Род тока - постоянный, полярность обратная (+).

Табл. 14. Химический состав наплавляемого металла (%)

Табл. 15. Механические свойства металла шва