Пояснения к работе
В современном гражданском и промышленном строительстве широко применяются процессы сварки при сооружении доменных печей, магистральных и технологических трубопроводов, строительных металлоконструкций, арматурных элементов и т.п.
Основные способы соединения арматурных стержней между собой – укладка внахлестку или сварка. Сварка – это технологический процесс получения неразъемного (сварного) соединения металлических деталей. Все существующие сварочные процессы могут быть разделены на следующие группы:
термические (способы сварки плавлением), при которых металлы в месте соединения расплавляются;
термо-механические, сопровождаются нагреванием металлов до пластического состояния с последующим воздействием давлением;
механические, при которых металлы соединяются в результате совместной пластической деформации в месте их контакта под воздействием давления.
Электродуговую сварку, то есть сварку с помощью электрической дуги, горящей в атмосфере между концом металлического электрода и свариваемой деталью, применяют наиболее широко (Рис.13).
Нагревание и плавление металла осуществляется за счет тепла, выделяемого сварочной дугой.
Дуга представляет собой устойчивый электрический разряд в газовом пространстве, выделяющий большое количество тепловой и световой энергии и имеющий температуру Т = 6000…8000К.
Ручная электродуговая сварка может выполняться на переменном или на постоянном токе. Сварка на переменном токе наиболее экономична. Электроды имеют специальное покрытие, которое при сварке испаряется, образующиеся пары легко ионизируются и повышают устойчивость дуги. При плавлении металл электрода стекает на свариваемую поверхность, охлаждается и образует сварной шов. Прочность металла сварного шва определяет прочность и надежность сварного соединения в целом.
а) б)
в)
Рис.13. Способы электродуговой сварки плавлением:
а) ручная дуговая сварка покрытым электродом: 1 – металлический стержень; 2 – покрытие; 3 – газошлаковая защита; 4 – металл сварочной ванны; 5 – сварной шов; 6 – шлаковая корка. б) сварка под флюсом: 1 – голая электродная проволока; 2 – флюс; 3 – газовый пузырь; 4 – металл сварочной ванны; 5 – сварной шов. в) сварка в защитных газах: 1 – защитный газ; 2- сопло. Направление сварки указано стрелкой.
Достоинства ручной электродуговой сварки – универсальность, возможность применения в любой точке сложного арматурного каркаса и достижение требуемой прочности сварного соединения. К недостаткам можно отнести дополнительный расход металла на электроды, низкую производительность труда и определяющее влияние квалификации сварщика на качество сварного соединения.
В зависимости от пространственного расположения свариваемых элементов с помощью электродуговой сварки могут быть выполнены следующие виды соединений (Рис.14.).
Рис.14. Основные виды сварных соединений:
а – стыковое соединение; б – нахлесточное соединение; в – тавровое соединение; г – угловое соединение; д, е – нахлесточное соединение арматуры; ж, з – нахлесточное соединение арматуры с накладками; d – диаметр арматуры; Smin – толщина листа; 5·Smin – минимальная длинна нахлестки.
Для сварки строительной арматуры используется способ ваннодуговой сварки. Источником теплоты при ваннодуговой сварке служит дуга, горящая между покрытым электродом и металлической ванной. Шов имеет небольшую протяженность, а процесс ведется непрерывно, в результате чего образуется металлическая ванна значительного объема. При этом расплавление кромок арматуры достигается не только за счет непосредственного воздействия сварочной дуги, но и за счет теплоты, выделяемой металлической ванной.
Для удержания жидкого металла служат остающиеся стальные или съемные керамические и медные подкладки – формы, с трех сторон охватывающие место стыка (рис.15). При некоторых условиях дуговой процесс может переходить в электрошлаковый.
Рис.15. Ваннодуговая сварка
а – сварка одним электродом на остающейся подкладке;
б – сварка несколькими электродами на съемной подкладке.
Источником теплоты в этом случае служит металлическая или шлаковая (образовавшаяся за счет плавления покрытия электрода) ванна. В зависимости от количества электродов различают одноэлектродную и многоэлектродную ваннодуговую сварку.
При полуавтоматической сварке подача голой электродной проволоки осуществляется с помощью полуавтомата (рис.16.).
Рис.16. Полуавтоматическая сварка арматурных стыков:
а, б – ванная сварка вертикальных и горизонтальных стыков; в – сварка в среде защитного газа; 1 – скоба; 2 – шлаковая ванна; 3 – стык; 4 – держатель; 5 – электродная проволока; 6 – полуформы: 7 – арматура; 8 – колонна; 9 – кондуктор; 10 – сваренный стык; 11 – реостат; 12 – катушка со сварочной проволокой; 13 – баллон с газом; 14 – шланг; 15 – свариваемый стык.
Технологическая последовательность операций сварочного процесса следующая: устанавливаются две полуформы и скрепляются скобой; засыпается флюс (специальный порошок); возбуждают электрическую дугу и производят сварку, периодически подсыпая флюс (расплавленный флюс – шлак надежно защищает жидкий металл сварочной ванны от воздействия воздуха); форму снимают через 5…10 мин. после окончания сварки.
Для защиты металла сварочной ванны от воздуха могут использовать также инертные и активные газы: аргон, гелий (их смеси), а также более дешевый – углекислый газ. Газ и сварочная проволока подаются в зону сварки автоматически. Во избежание окисления металла при сварке в углекислом газе в состав сварочной проволоки вводится легирующие элементы: марганец и кремний. Несмотря на высокую производительность и качество сварных соединений, этот способ сварки применяют редко из-за сложности работы на открытой монтажной площадке.
При нарушении технологии и параметров режима сварки (величины сварочного тока или напряжения, длины дуги и т.п.) в сварных соединениях образуются дефекты: непровары, шлаковые включения, поры, трещины, нарушение формы шва и т.д. Оптимальный режим сварки подбирают расчетным методом и затем уточняют опытным путем.