23.11.2021.

                                            группа: 412

 Предмет: Техника и технология ручной дуговой сварки (наплавка, резка) покрытыми электродами.

Тема урока: Особенности сварки конструкций при низких температурах.

Влияние температуры на процесс сварки металлов

Низкие температуры действительно оказывают влияние на процесс сварки. Расплавленный металл остывает и кристаллизуется с большей скоростью. Это означает, что из сварочной ванны не успевают выйти все растворенные газы или перейти в шлак неметаллические включения. Подобная ситуация может привести к образованию трещин или пор в швах. Известна такая статистика: при понижении температуры с +20 °С до -50 °С время пребывания сварочной ванны в жидком состоянии уменьшается на 10 %. Это, в свою очередь, приводит к тому, что половина из всех выявляемых дефектов относится именно к неметаллическим включениям.

При низких температурах повышается отвод тепла от зоны сварки. Это ухудшает проплавление кромок соединяемых элементов и может привести к образованию еще одного серьезного дефекта – непровара. Дополнительную опасность несет конденсация влаги на электродах или металле. Вода является источником водорода, который способствует образованию пор в швах. Кроме того, при низких температурах ухудшаются показатели пластичности сталей и механических свойств швов.

Все приведенные выше факты правдивы, но они в полной мере проявляются при экстремально низких температурах (от -40 °С и ниже). Бытовая сварка крайне редко требует работы в столь сложных условиях. Как правило, речь идет о температуре не ниже -10 °С. Дополнительно следует учитывать, что чаще всего для бытовых целей используются углеродистые стали. При толщине соединяемых элементов не более 16 мм работать с ними в обычном порядке можно до температуры -30 °С. Для низколегированных сталей этот показатель при той же толщине несколько меньше и составляет -15 °С.

Самая низкая температура поддерживается в открытом космическом пространстве. Она составляет -273 °С, но даже в таких условиях возможно выполнение сварочных работ. Впервые они были проведены в 1984 году советскими космонавтами С. Савицкой и В. Джанибековым. Для этой цели использовался специально созданный аппарат электронно-лучевой сварки.

   Влияние температуры на сварочный  аппарат

Низкие температуры могут влиять не только на металлы, но и на сварочные инверторы. Одним из главных врагов такой техники является влага. Ее появление внутри аппарата может привести к закорачиванию электронных компонентов и их выходу из строя. Низкие температуры при определенных условиях могут способствовать образованию конденсата в сварочных инверторах.

   Точка росы

В этой связи важно вспомнить о понятии точка росы. Фактически это максимальная температура поверхности, при которой на ней появляется влага в виде конденсата. По-другому это утверждение можно перефразировать так: если поверхность холоднее точки росы, то конденсат на ней выпадет. Данная величина не является постоянной и напрямую зависит от влажности. Чем она выше, тем ближе точка росы к фактической температуре. Например, в душе при стопроцентной влажности зеркало запотевает при комнатной температуре. Обратная ситуация в герметичном оконном стеклопакете. Там влажность близка к нулю, поэтому конденсата не наблюдается никогда.

В сварочном инверторе влага может конденсироваться только в одном случае: если он постоял какое-то время на морозе, а затем попал в более теплое помещение. В такой ситуации его категорически запрещается использовать сразу. Инвертор должен постоять полтора-два часа, чтобы его температура сравнялась с температурой окружающей среды, а появившийся конденсат испарился. Если же аппарат из теплого помещения выносится на мороз, конденсат в нем образоваться не может и на работоспособности устройства это никак не отразится.

                Как выполнять сварочные работы в морозы?

В целом сварочные работы при температуре не ниже -10 °С можно выполнять обычными бытовыми инверторами без каких-либо отрицательных последствий для качества швов, прочности соединений или работоспособности самой техники. При более сильных морозах следует использовать полупрофессиональные или профессиональные модели, специально предназначенные для эксплуатации при низких температурах. Они комплектуются электронными элементами, устойчивыми к холоду.

Дополнительно следует выделить несколько мероприятий, которые рекомендуется выполнять при проведении сварочных работ в зимний период:

·        По возможности избегать пересечений сварных швов и резких переходов толщин металла.

·        Сварочные работы начинать с швов, дающих максимальную усадку (стыковых).

·        Минимизировать объем наплавленного металла.

·        Во время работы сварочный ток увеличивать на 10-15 % и одновременно примерно на такую же величину уменьшать скорость перемещения электрода.

·        По возможности начинать и заканчивать сварку на выводных планках.

·        Тщательно зачищать кромки свариваемых элементов.

·        Вместо прихваток использовать, например, струбцины или другие аналогичные приспособления.

Применять не склонные к образованию пор типы электродов, обеспечивающие высокую пластичность швов: Э50А, Э46А или Э42А с основным покрытием. Перед использованием их необходимо тщательно прокалить. При низких температурах получение сварных соединений высокого качества затрудняется. Сварка при низких температурах имеет свои особенности.

1. При низкой температуре снижается важнейший показатель механических свойств стали — ударная вязкость, сталь делается хрупкой. Это способствует возникновению в конструкциях больших остаточных напряжений, которые могут вызвать появление трещин в сварных соединениях в процессе сварки или при эксплуатации конструкции.

2. В процессе сварки повышается скорость охлаждения и кристаллизация жидкого металла сварочной ванны, что затрудняет удаление из него газов и неметаллических включений. Это увеличивает содержание в металле шва газов (кислород, водород, азот), окислов и частичек шлака. В результате снижаются механические показатели металла шва, а также увеличивается вероятность появления в нем трещин.

3. Повышенный отвод тепла от зоны сварки ухудшает проплавление кромок основного металла, что увеличивает вероятность получения серьезного дефекта сварных швов — непроваров.

4. Качество металла шва может быть снижено нз-за попадания в зону сварки влаги. Источником влаги служат: холодный окружающий воздух; иней на свариваемых кромках; электроды, длительное время хранившиеся на холоде.

Наибольшие трудности возникают при сварке на холоде сталей с повышенным содержанием углерода, а также сталей, легированных марганцем, хромом, молибденом. Такие стали склонны к за-

Калке и при быстром охлаждении в сварном соединении могут появиться трещины.

Сварку сталей при низких температурах следует выполнять с соблюдением ряда мероприятий, направленных на снижение остаточных сварочных напряжений и уменьшение степени закалки свар, ного соединения.

Основные из этих мероприятий:
1. По возможности защищать рабочее место сварщика от ветра и атмосферных осадков.
2. Обеспечить тщательную сборку конструкций под сварку. Свариваемые кромки тщательно зачищать.
3. Обеспечить максимальную свободу перемещения элементов конструкции от усадки швов, т. е. сборку конструкций выполнять при помощи приспособлений, по возможности избегая прихваток.
4. Применять электроды с хорошими технологическими свойствами, не склонные к образованию пор в наплавленном металле, обеспечивающие повышенную пластичность и ударную вязкость его. Для сварки при низких температурах предпочтительны электроды типов Э42А, Э46А, Э50А с основным покрытием. Электроды тщательно прокаливать. Прокаленные электроды хранить в герметичной таре, пеналах или в полиэтиленовой пленке.
5. Сварку вести при повышенной погонной энергии дуги за счет увеличения сварочного тока на 10—15% и уменьшения скорости перемещения дуги вдоль кромок.
6. В первую очередь сваривать швы, дающие максимальную усадку (например, поперечные стыковые швы). Начало и конец шва следует, как правило, выводить за пределы свариваемых конструкций на начальные и выводные планки.
7. Сварку вести до выполнения швов проектного размера без перерывов, за исключением времени, необходимого на смену электродов. В случае вынужденного перерыва сварку возобновлять после подогрева основного металла в соответствии с разработанным технологическим процессом.
8. Стремиться к максимальному уменьшению объема наплавленного металла. Избегать концентрации напряжений в виде чрезмерных усилий шва, резких переходов, пересечений швов, непроваров. Угловые швы выполнять с наименьшей выпуклостью. Сварку многослойных швов выполнять «каскадом», «горкой», секциями.
9. При сварке сталей, склонных к закалке, применять предварительный, сопутствующий, последующий подогрев.

Согласно СНиП III—18—75 ручную и механизированную сварку металлоконструкций из стали классов до С52/40 включительно при температурах, ниже указанных, следует производить с предварительным подогревом стали до 120—160 °С на ширину 100 мм с каждой стороны соединения.

Сварку конструкций из стали класса С60/45 следует производить при температуре не ниже —15°С при толщине стали до 16 мм и не ниже 0 °С при толщине стали 17—25 мм. При более низких температурах сварку такой стали указанных толщин следует производить с предварительным подогревом до температуры 120— 160 °С. При толщине стали свыше 25 мм предварительный подогрев.

·         

                 Влияние отрицательных температур на сварщика

Отрицательные температуры могут влиять не только на металлы или технику, но и непосредственно на сварщиков. Трудоспособность в таких условиях снижается, а значит, возрастает риск появления дефектов. Оптимальным способом избежать подобной ситуации является использование специальной зимней защитной одежды. Не меньшего внимания заслуживают сварочные маски.

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются «хамелеоны». Их главным элементом является светофильтр. Он состоит из нескольких слоев жидких кристаллов и поляризационных пленок. Светофильтр реагирует на интенсивность светового излучения и срабатывает автоматически. Для затемнения ему необходимо не более 0,001 секунды. Этого вполне достаточно для надежной защиты глаз от губительного воздействия ультрафиолетового излучения, возникающего во время сварки.

Время срабатывания светофильтра «хамелеона» увеличивается при уменьшении температуры окружающей среды. При -5 °С оно составляет уже не 0,001 с, а 0,005-0,009 с. Как правило, такие маски предназначены для использования при температуре не ниже -10 °С. В этом случае они гарантируют надежную защиту глаз. При более низких температурах светофильтр может попросту не успевать срабатывать.

 

Заключение

Таки образом, зима вовсе не является преградой для выполнения сварочных работ. При температуре до -10 °С для этой цели вполне подойдут обычные бытовые инверторы. Для организации сварочных работ в более сильные морозы необходима специализированная техника.

 Изучить:  1. Влияние низкой температуры на процес сварки.

                  2. Точка росы.

                  3. Выполнение сварочных работ при отрицательных температурах.

                  4. Влияние отрицательных температур на сварщика.