Андрей Смирнов
Время чтения: ~14 мин.
Просмотров: 0

Подготовка металла к процессу сварки

Гидроабразивная резка металла

Этот метод один из первых начал использоваться для раскроя металла. Заготовки заданной формы вырезали из металлического листа струей воды, смешанной с абразивом и подаваемой под давлением до 5000 атмосфер.

Метод имеет ряд ограничений по марке металлического сплава, толщине раскраиваемого листового материала, хотя позволяет выполнить раскрой деталей со сложной траекторией.

Для повышения производительности процесса существует возможность одновременного раскроя тонких листовых материалов в стопке из нескольких слоев.

Раскрой листового металла значительно ускорился, когда появилось оборудование для термической резки. Теперь для раскроя используют установки плазменной резки. Другой вариант оборудования для раскроя — лазерный станок. Функция раскроя, как правило, является одной из опций заложенной в программном продукте таких машин.

Высокоскоростной раскрой, выполняемый по программе, позволяет максимально выгодно расположить детали на листе, минимизирует отходы. При этом лазерный или плазменный автоматизированный раскрой безопасен, экономичен, не вредит экологии.

Трубные изделия

Подготовка оборудования для обрезки труб перед сваркой состоит в выборе варианта их резки, которая в зависимости от толщины металла организуется одним из следующих способов:

  • специальными ножницами по металлу;
  • посредством циркулярного инструмента (фрезой или болгаркой);
  • с применением газового резака.

Хороших результатов удаётся достичь при обработке труб из металла на так называемых «кислородных» станках, Однако подготовка таким способом возможна лишь в условиях производства.

Смещение

Сборка под сварку трубных изделий из металла с любым видом шва происходит со смещением в зоне стыков трубопровода на оговоренные ГОСТом минимальные расстояния. При подготовке к двухсторонней сварке разрешено обходиться без смещения при соблюдении условия их выставления другими способами.

Для удержания труб в фиксированном положении используют прихватки, которые равномерно располагаются по всему диаметру стыка. Их количество зависит от типоразмера труб (их диаметра) и может варьироваться от 2-х до 4-х и более штук.

Для грамотного устройства таких прихваток всегда нужно помнить о том, что их высота не должна превышать трети толщины стенок трубного изделия.

Подогрев стыков

Потребность в предварительном разогреве трубных стыков перед сваркой определяется маркой материала изделий, в зависимости от которой все они подразделяются не несколько групп.

Прогрев заготовок с толщиной стенок от 5 до 10 мм организуется посредством специальных электродов с целлюлозным (рутиловым) покрытием и производится при температурах не ниже -10…-20 градусов.

Когда изделия сваривают на открытом воздухе (при температурах -10 градусов и ниже) – подогрев труб со стенками толщиной более 10 мм считается обязательным.

Причём замеры минимальной температуры нагрева производятся на некотором удалении от хорошо зачищенных металлической щёткой стыков (5-10 миллиметров от кромки). Для этого используются измерительные бесконтактные термометры или термические датчики типа «карандаш».

В заключение ещё раз отметим, что независимо от типа сварочного аппарата, а также от условий проведения работ все виды обрабатываемых деталей и заготовок должны пройти соответствующую подготовку.

Лишь в этом случае удаётся получить качественное сварное соединение, обеспечивающее надёжность и долговечность всей сборной конструкции.

Правка металлических заготовок

Нередко металлические профили разного типа поступают на объекты или в цеха в деформированном виде. Подчас это случается при их транспортировке или при проведении погрузо-разгрузочных работ. Стыковать в плоскости сваривания их очень сложно. А это снижает качество сварного шва и конфигурацию сваренной конструкции. Поэтому правка таких профилей – важнейшая операция.

Ее делать можно на холодном металле или с подогревом (газосваркой). Все зависит от сложности деформированных частей и их размеров. Есть два вида правки: ручная и при помощи специальных приспособлений. В первом случае для этого используются кувалда, молоток или специальный ручной пресс. Кувалдой или молотком можно править, используя чугунные или стальные плиты, на которых и проводится сам процесс. Ручной пресс представляет собой винтовое устройство с двумя плитами, между которыми и укладывается деформированная часть профиля. Зажимая винтом плиты между собой, создается давление, которое и выправляет заготовку под сварку.

В качестве специальных приспособлений необходимо отметить листоплавильные валки или пресса разного вида. Все они воздействуют на металлические изделия при помощи электродвигателей, мощность которых передается через редукторы, что увеличивает давление на деформированную часть заготовок.

Глава 13. Общие вопросы технологии сварки стали

Подготовка конструкций к сварке

Подготовка конструкций к сварке разделяется на три этапа:

  • обработка кромок, подлежащих сварке;
  • сборка элементов конструкции под сварку;
  • дополнительная очистка, если она требуется, собранных под сварку соединений.

Обработка кромок конструкций, подлежащих сварке, производится в соответствии с чертежами конструкций и согласно требованиям ГОСТ 5264—80 и других ГОСТов на основные типы и конструктивные элементы швов сварных соединений. Кромки соединений под сварку обрабатывают на кромкострогальных или фрезерных станках, а также путем кислородной и плазменной резки на специальных станках. Размеры элементов кромок должны соответствовать требованиям ГОСТ.

Важным этапом подготовки конструкции к сварке является сборка под сварку. Под ручную дуговую сварку конструкции собирают при помощи сборочных приспособлений или прихваток. На рис. 13.1 приведены некоторые типы сборочных приспособлений: струбцины 1 выполняют разнообразные операции по сборке углового металла, балок, полос и т. п.; клинья 2 используют для сборки листовых конструкций; рычаги 3 — для сборки углового металла и других конструкций; стяжные уголки 4 и угловые фиксаторы 8 — для сборки листовых конструкций; домкраты 5 — для стягивания обечаек, балок и других конструкций; прокладки с клиньями 7 — для сборки листовых конструкций с соблюдением величины зазора; стяжные планки 10 и угольники 11 — для сборки листовых конструкций под сварку без прихваток. Применяют и другие типы приспособлений.

Рис 13.1. Сборочные приспособления
1 — струбцины, 2 — клинья, 3 — рычаги, 4 — стяжные уголки, 5 — домкраты, 6 — стяжная рамка, 7 — прокладка с клиньями, 8 — уголковый фиксатор, 9, 12 — стяжные тавры, 10 — стяжная планка, 11 — стяжной угольник

На рис. 13.2 приведено устройство некоторых прижимов рычажного и пневматического типов, используемых при изготовлении конструкций в цеховых условиях. К ним относятся быстродействующие откидные и пневматические прижимы.

Рис. 13 2. Прижимы
а — рычажный, б — винтовой, в — рычажно винтовой; с — с пневмодилинд-рами, г — цепной, д — передвижной, е — зажимной

Перед сборкой обработанные элементы конструкций должны быть измерены, осмотрены их кромки, а также прилегающий к ним металл, тщательно очищены от ржавчины, масла, краски, грязи, льда, снега, влаги и окалины. В цеховых условиях элементы конструкций собирают на стеллажах — плитах, имеющих пазы для установки в них приспособлений (болтов, стяжек, штырей и т.п.), крепящих собираемые элементы по размерам, предусмотренным в чертежах.

Используются также простейшие стеллажи из горизонтальных балок, установленных на стойках высотой 200—400 мм. Fla рис. 13.3 показан пример сборки листовых конструкций с помощью простейших приспособлений и сборки конструкций из профильного металла — углового, двутаврового и т. п. Кромки собранных конструкций, подлежащие сварке, по своей форме и размерам должны соответствовать чертежам и стандартам.

Рис. 13.3. Сборка конструкций
листовых (а—з), из профильного металла (г—е)

Стыки конструкций по мере сборки закрепляют прихватками — короткими сварными швами для фиксации взаимного расположения подлежащих сварке деталей. Прихватки размещают в местах расположения сварных швов, за исключением мест их пересечения Длина прихваток для сталей с пределом текучести до 390 МПа должна быть не менее 50 мм и расстояние между ними — не более 500 м, для сталей с пределом текучести более 390 МПа прихватки должны быть длиной 100 мм и расстояние между ними — не более 400 мм При небольшой толщине собираемых деталей (4—6 мм) прихватки могут быть более короткими (20—30 мм) и расстояние между ними 200—300 мм. При сборке на прихватках громоздких тяжелых конструкций, кантуемых при сварке, расположение прихваток и их величина указываются в проекте производства сварочных работ. Не/даляемые при сварке прихватки должны выполняться сварщиками, которые впоследствии будут сваривать прихваченные соединения.

Прихватки придают жесткость конструкции и препятствуют перемещению деталей от усадки при сварке, что может привести к образованию трещин, особенно в элементах большой толщины. Поэтому сборку на прихватках применяют при толщине металлов б—10 мм, а при большей толщине используют сборочные приспособления, фиксирующие форму и размеры конструкций, однако допускающие ее незначительное перемещение от сварочной усадки. Такими приспособлениями являются клиновые стяжки (см. рис. 13.1).

Непосредственно перед сваркой собранные стыки подлежат обязательному осмотру и при необходимости дополнительному исправлению дефектов сборки и очистке.

Методы резки

Разделка кромки заключается в том, что с торца детали снимают часть металлы под углом. Угол определяют между плоскостью торца и образовавшегося скоса.

Разделку можно провести механическим способом и термическим. Впоследствии, в зависимости от качества образованной поверхности, проводится механизированная или ручная доработка.

Механизированная доработка осуществляется на расточном оборудовании для тел вращения. Для прямолинейных поверхностей используются фрезерные станки или пневматические шлифовальные машины.

Если специального оборудования нет, то поверхность под сварку можно доработать вручную с помощью зубила и напильника.

Термические методы разделки кромок – это газовая (при помощи кислорода), плазменная и лазерная резка. При терморезке можно получить К-, V-, и Х-образные скосы кромок. К механическим методам относятся фрезеровка, строгание, резка абразивом и долбежными устройствами.

Подготовка под точечную (шовную) сварку

Основной целью подготовки поверхности под контактную точечную сварку является достижение минимального и стабильного сопротивления в сварочном контакте электрод-деталь и стабильного невысокого сопротивления в контакте деталь-деталь. Наряду с этим необходимо обеспечить постановку большего числа сварных точек на свариваемой детали без зачистки рабочей поверхности электродов.

Влияние естественных пленок на выделение теплоты при контактной точечной сварке тонких деталей из алюминиевых сплавов значительно больше, чем при сварке более толстых, что вносит дополнительные технологические сложности. Внешняя поверхность свариваемых деталей подплавляется с образованием наружных выплесков, прожогов, а рабочая поверхность сварочного электрода после постановки уже нескольких первых точек выхолит из строя.

Исследованиями установлено и производственным опытом подтверждено, что объективной характеристикой качества подготовки поверхности, например, алюминиевых сплавов типа Д16 под контактную точечную сварку является контактное сопротивление участка сварки. Допустимое сопротивление ограничивается значением 150 мкОм. Кроме того, при подготовке поверхности необходимо обеспечить сохранность плакирующего слоя свариваемых листов, особенно малых толщин. Эти требования выполняются при химической подготовке, которая является наиболее удобным и надежным способом обеспечения удовлетворительного качества поверхности.

Например, технологический процесс химической подготовки листов из сплава Д16Т толщиной 0,5—0,6 мм включает в себя следующие операции:

1. Обезжиривание деталей в 2%-ном водном растворе моющего препарата при температуре 60—70°С в течение 2—3 мин.

2. Промывку деталей в теплой (35—50°С) проточной воде многократным погружением (5—8 раз).

3. Травление деталей в водном растворе NaOH (концентрация 40— 60 г/л, температура 35—45°С, длительность травления 30—60 с).

4. Промывку деталей в теплой (35—50°С) проточной воде многократным погружением (5—8 раз); смена воды — из расчета 15 л на 1 м2 поверхности детали.

5. Промывку деталей в холодной проточной воде многократным погружением (5—8 раз); смена воды — из расчета 25 л на 1 м2.

6. Осветление деталей в водном растворе азотной кислоты (концентрация 200—250 г/л, температура 16—30°С, 2—5 мин).

7. Промывку в проточной воде многократным погружением (5—8 раз); смена воды — из расчета 25 л на 1 м2.

8. Пассирование деталей в водном растворе ортофосфорной кислоты (Н3РO4) и калиевого хромпика (К2Сr2O7): концентрация H3PO4 — 50—120 г/л, К2Сr2O7 — 0,5—1,2 г/л; температура 26—34°С, длительность травления 15— 20 мин; отношение Н3РO4 к K2Cr2O7 поддерживается на уровне 100:1.

9. Промывку деталей в холодной проточной воде многократным погружением (5—8 раз); смена воды из расчета 25 л на 1 м2.

10. Сушку деталей в подогретом до 40—60°С воздухе.

11. Проверку контактного сопротивления образцов и свариваемых Деталей (контактное сопротивление должно иметь минимальные значения и быть стабильным).

Прессованные профили, механически обработанные детали и неплакированные листы перед травлением в ортофосфорной кислоте обрабатывают (травят) в растворе азотной кислоты 25—30%-ной концентрации в течение 1—1,5 ч при температуре 15—25°С с последующей промывкой в холодной проточной воде. Травление в азотной кислоте применяют для получения на поверхности деталей слоя чистого алюминия (не более 3% от толщины детали), при образовании которого улучшаются условия формирования сварного шва (уменьшается количество наружных выплесков и увеличивается промежуток времени до зачистки электродов).

Травленые детали тщательно промывают в холодной проточной воде и протирают жесткими волосяными щетками или хлопчатобумажными салфетками, затем сушат в камерах при температуре до 75°С или на воздухе, а после сушки хранят закрытыми от пыли, влаги и загрязнений.

Работа с полимерами

Чтобы разобраться, как правильно паять полипропиленовые трубы для отопления, нужно знать, из чего они сделаны. Полипропилен – это полимер, который может состоять из различных по структуре частиц:

  • гомополимеров;
  • блок-сополимеров;
  • рандом-сополимеров;

Также следует учитывать, что при сварке труб отопления придется иметь дело с армированными изделиями. Если армирование выполнено их стекловолокна, то это никак не влияет на процесс монтажа, а вот алюминиевое покрытие нужно зачищать на глубину проникновения в стык. Это касается изделий с расположением слоя фольги ближе к наружной поверхности. Есть изделия, в которых армирование находится ближе к внутренней поверхности, в этом случае зачистка не потребуется.

Паяльник для пропилена

Перед тем как паять полипропиленовые трубы для отопления потребуется приобрести электрический паяльник. Для того чтобы спаять пропилен применяется специальный паяльник, который состоит из:

  • корпуса;
  • электронного блока с катушкой, вмонтированного в корпус;
  • нагревательной платформы;
  • головки;
  • также может иметь регулировку уровня нагревания платформы.

При пайке пластиковых труб для отопления из пропилена важное значение имеет степень нагревания деталей. В идеале верхний слой полипропилена должен расплавиться ровно настолько, чтобы создать однородную массу, при этом, не потеряв своих физико-химических характеристик

При нарушениях температурного режима соединение будет слабым, может залить расплавленным пропиленом условный проход, что сильно заузит путь теплоносителю.

Время нагревания пропиленовых труб

Следует учитывать, что для сварки пластиковых труб отопления головка платформы нагревается до 260 градусов. Несмотря на то, что некоторые модели паяльников имеют возможность регулирования температуры платформы, на практике это не используется. Степень прогрева материала регулируется только временем нагревания. Перед тем как паять трубы отопления, ознакомьтесь со значениями таблицы:

Во время пайки труб отопления своими руками обратите внимание на то, как детали надеваются на головку нагревательной платформы. Это должно происходит с некоторым усилием, также плотно детали должны соединяться между собой

При соблюдении техники выполнения монтажа стык образует монолитное соединение, которое очень надежное. Об удовлетворительном качестве пайки свидетельствует кольцо из выдавленного со стыка расплавленного пропилена. Это значит, что материал заполнил все полости и выдавил весь воздух.

Склеивание полимеров

Это еще один метод монтажа контура отопления. Он применяется для изделий из поливинилхлорида (ПВХ). Только нас интересует не базовый ПВХ, а модернизированный. Изделия проходят дополнительный производственный процесс, который называется хлорирование. Вследствие этого у молекул ПВХ увеличивается количество связей между собой. Это делает материал более крепким и приспособленным для горячего водоснабжения и отопления. Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) соединяется методом склеивания.

На трубу и муфту наносится специальный состав – это клей, который состоит из ХПВП, разбавленного растворителем. Попадая на поверхность полимера, он растворяет его верхний слой. Застывание происходит в течение десяти секунд.

Термическая резка металла

Применяют такие виды терморезки:

  • газокислородная;
  • лазерная;
  • плазменная.

Все эти методы являются бесконтактными, т.е. при работе между заготовкой и режущим инструментом нет непосредственного контакта. Заготовка разделяется с помощью струи газа, плазмы или луча лазера.

Газокислородная резка

В основу технологического процесса заложены свойство металла нагреваться, плавиться и выгорать в чистом кислороде при высокой температуре (более 1000 °C).   

Перед началом технологической операции необходимо разогреть место реза до такой температуры, при которой происходит воспламенение материала. Эта операция разогрева выполняется за счет пламени резака. В качестве разогревающего газа чаще всего эксплуатируют ацетилен. Время прогрева зависит от толщины, марки и состояния обрабатываемой металлической поверхности. Кислород на этом этапе не используется.

После прогрева к операции добавляется кислород. Струя пламени, равномерно перемещаясь вдоль линии реза, прорезает полуфабрикат на всю толщину. Кислород, используемый в процессе, не только режет, но и удаляет окислы, которые образуются на поверхности разрезаемого листового полуфабриката.  

Важный критерий для получения качественного реза — выдерживание одинакового расстояния между резаком и разрезаемой поверхностью на протяжении всей операции. Этого сложно добиться, если резка металла выполняется ручным газокислородным резаком. При автоматизированном процессе (скоростная, газокислородная с повышенным качеством, резка кислородом высокого давления) скорость резания увеличивается, а качество реза возрастает.

Уникальность метода:

  • возможность разрезать заготовки большой толщины;
  • возможность резать титановые листы.

Отдельные недостатки газокислородной резки:

  • резке не поддаются цветные металлы типа алюминия, меди, а также высокоуглеродистые или хромоникелевые стали;
  • большая ширина реза, невысокое качество, образование окислов, наплывов,
  • невозможно работать с криволинейными поверхностями;
  • изменение физических свойств в области реза.

Лазерная резка

Эта технология подразумевает резку и раскрой металла посредством сфокусированного лазерного луча, получаемого при помощи специального оборудования.

Луч лазера сосредотачивается в определенной точке разрезаемой детали. Под воздействием тепловой энергии лазерного луча поверхность прогревается, закипает и испаряется. Луч плавно передвигается вдоль границы реза, разделяя металлическую заготовку на части.

Лазерная резка применяется для разделения металлов с низкой теплопроводностью. Ее используют при резке, раскрое тонких листов (от 0,2 мм), цветных металлов (алюминия, меди), нержавеющей стали, трубных изделий.

Уникальность метода: обрабатываются практически все металлы, металлические сплавы, неметаллы.

Ряд недостатков технологии резки лазером:

  • ограничение по толщине разделяемых изделий;
  • большие энергетические затраты в ходе процесса;
  • работу может выполнить только специально обученный персонал.

Плазменная

Эта технология подразумевает использование в качестве оборудования плазмотрон, в котором роль режущего инструмента выполняет струя плазмы.

Раскаленный ионизированный газ (плазма) с высокой скоростью проходит через сопло плазматрона. Плазма нагревает, расплавляет металл, а затем сдувает расплав, тем самым образуя линию раздела заготовки.

Уникальность метода:

  • безопасность процесса;
  • высокая скорость;
  • незначительный ограниченный нагрев разрезаемой поверхности.

Недостатки данной  технологии — высокая цена оборудования, необходимость в обучении персонала, шум при работе плазменных установок, ограниченность значений толщин обрабатываемого металла.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации