Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах

Посвящается 100-летuю со дня рождения акад. АН СССР Георгия Александровича Jlиколаева

СВАРКА. РЕЗКА. КОНТРОЛЬ

СВАРКА. РЕЗКА. КОНТРОЛЬ Справочник в двух томах

Авторы: Алешин НЛ., Чернышев Г.Г., Акулов А.И.,

Братчук С.д., Гаврилюк В.С., Гарбуль А.Ф., Гирш В.И., Гладков Э.А., Грачева К.А., Григорьянц А.Г., Гриненко В.И., 3убченко А.С., Исаев АЛ., Каганский Б.А., Киселев С.Н., Коновалов А.В., Копаев Б.В., Куркин А.С., Лукин В.И., Малолетков А.В., Макаров эл., Маслов Б.Г., Неровный В.М., Никифоров Н.И.,

Полевой Г.В., Рымкевич А.И., Семенов В.Н., Смирнов В.В., Стеклов О.И., Сухинин Г.К., Терехин А.С., Хаванов В.А., Шашин Д.М., Шиганов И.Н., Щавелев Л.Н., Якушин Б.Ф.

сВАРиА РЕ3иА.

__ _

ИОНТРОnЬ_ ТОМ Под редакцией н.п. Алешина, чл.-кор. РАН,

г.г. Чернышева, д-ра техн. наук

Москва «Машиностроение»

2004

2

УДК

621.791(031) 30.616

ББК

С24

Перепечатка, все виды копирования и воспроизведенияматериалов, опубликован­ ных в справочнике «Сварка. Резка. Контролы>, допускаются только с разрешения издательства и со ссылкой на источник информации.

Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах С

Н'п. Алешина, Г.Г. Чернышова.

24 Т.

-

/

М.: Машиностроение,

2/ Н'п. Алешин, Г.Г. Чернышов, А.И. Акулов и

др.

Под общ.

ред.

2004.

- 480 с.:

ил.

в втором томе приведены технология и особенности сварки различных материалов: ста­ ли и сплавов, чугуна, цветных металлов и сплавов, тугоплавких металлов и сплавов, метал­

лических композиционных материалов, разнородных металлов и сплавов. Рассмотрены спо­ собы наплавки, материалы для наплавки, виды наплавочных материалов, особенности вос­

становления деталей наплавкой. Даны технологии нанесения различных покрытий. Изложе­ ны основы неразрушающего контроля качества сварных соединений, организация и эконо­ мика сварочного производства, техническое нормирование сварочных работ, стандартизация

и сертификация в сварочном производстве, безопасностьтруда и средства зашиты. Для инженерно-техническихработников всех отраслей промышленности, а также реко­

мендуется как учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению «Машиностроительные технологии и оборудование» по специальности

120500 -

651400 -

«Оборудо­

вание и технология сварочного производства». Справочник может быть полезен высококва­ лифицированным рабочим.

ISBN 5-217-03264-2

(Т.

2)

©

Н'п. Алешин, Г.Г. Чернышов, А.И. Акулов и др.,

ISBN 5-217-03262-6

©

2004

Издательство «Машиностроение»,

2004

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава

10.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ

СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ .......

10.1.

1О

Сварка конструкционных

10.1. 1.

и

10.1.2. онных

Сварка

10.5.2.

низкоуглеродистых

10.1.3.

Сварка

конструкци­

онных

средне-

и

10.5.3.

Легированные

.. ... .....

10.5.4.

31

10.6.

устойчивые стали (З.л. Мака-

32

10.2.1. 10.2.2.

Принципы

технологии

10.3.

10.3.1.

10.6.2.

47

стенитных сталей..

10.3.2.

Свойства

ных сталей..

10.3.3.

аустенит-

..

..

Свариваемость

стенитных сталей........

10.3.4.

.. ....

.

51

10.6.3.

...... .. ...... .. .......

Хромистые

60

10.4.1.

Мартенситные стали

10.4.2.

Мартенситно-фер-

ритные стали

....

89 Основные

способы

90

Газовая сварка чугуна

90

10.6.5.

Дуговая сварка чугуна

93

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Глава

64

89

сварки

95

11. ТЕХНОЛОГИЯ

СВАРКИ

МЕТАЛЛОВ

И

СПЛАВОВ

97

Легкие и цветные метал­

лы и сплавы: алюминий, маг-

ний и их сплавы (В.и. Лукин)

11.2.

Технология

сварки

97 и

свойства сварных соединений

стали

(А. С. Зубченко)

Особенности

89 и

10.6.4.

11.1.

Эксплуатационные

свойства..

Характеристика

ЦВЕТНЫХ

ау­

Технология сварки и

свойства соединений.

10.3.5.

50

85 88

сварки чугуна

ау-

81

со-

чугуна

34 47

Характеристика

... ... ..

Жаропрочность

классификация чугунов..

Сварка аустенитных ста-

лей (Б.Ф. Якушин)

10.4.

32

легиро­

.. ... .. ......

...... .. .....

Технология сварки и

Сварка чугуна

10.6.1.

выбора

сварки

ванных сталей.....

Свариваемость нике­

(ни. Никифоров)................

Классификация леги­

рованных сталей...............

79

единений

и тепло­

ров)

ни-

..

свойства соединений.

высоколе-

гированных сталей..

Характеристика

левых сплавов.....

13

75 79

келевых сплавов..

конструкци­

сталей

10.2.

10.5.1.

10

72

Сварка никелевых спла-

вов (Б.Ф. Якушин)

свойства

сталей

Аустенитно-феррит-

10.5.

10

Состав

Ферритные стали.....

ные стали........................

углеродистых сталей (АЛ Акулов)

10.4.3. 10.4.4.

64 65 70

(ВЛ Лукин)

11.3.

Медные

106 сплавы

114

(В.М Неровный)

11.3.1.

Краткие сведения

медных сплавах

о

.......... .....

114

ОГЛАВЛЕНИЕ

6

11.3.2.

Особенности

11.3.3.

..

... .....

11.4.1.

... ... ... ... ....

11.4.4.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

12.

ний

124

ТУГОПЛАВКИХ ТАЛЛИЧЕСКИХ

ЗИЦИОННЫХ

И

13.1.3. рования

12.1.

12.3.

вов

на

основе

12.5.

с

матрицей

148

12.5.1. 12.5.2.

13.4. 13.5.

12.5.3.

Способы

12.5.4. 12.5.5.

(о.и.

.. ...

185

Сварка стали с алюмини-

187

Сварка меди со сталью

189

Сварка сталей с титано-

192

Сварка меди с алюмини-

193

Сварка меди с титаном Стеклов)

196

Сварка меди с тугоплав-

вольфрамом, танталом, ниоби-

13.8.

200

Сварка титана с алюми-

нием (О.и. Стеклов)

201

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Глава

14.

206

ТЕХНОЛОГИЯ

НА-

ПЛАВКИ (В.С Гаврилюк)

композици-

......

одного

ем) (О.И Стеклов)

162

164 Сварка

сталей

кими металлами (молибденом,

производ-

онных сплавов...........

и

13.6. 13.7.

163

ства КМ

комбиниро­

ем (В.И Гирш)

взаимо-

действие в КМ

сварки

техно­

выми сплавами (В.и. Гирш)...

161

Межфазное

логии

13.3.

ЧернЬ/шов,

Классификация КМ..

Особенности

(в.и. Гирш)

мате­

ин. Шиганов)

181

13.1.5.

13.2.

металлической

(г.г.

комбиниро­

ем (в.и. Гирш)

156

риалы

177

нородных

молибдена,

Композиционные

и

техно­

структурного класса.....

вольфрама и хрома (ин. Шиганов)

176

ванных конструкций из раз­

150

Технология сварки спла-

шве

классов

вов на основе ниобия, ванадия

12.4.

раз-

лей различных структурных

Технология сварки спла-

и тантала (ИН Шиганов)

174

форми­ в

сварки

145 . ... ... ....

в

ванных конструкций из ста­

сплавов

кония (ИН Шиганов)

структуры

логии

Технология сварки цир-

12.2.

Специфика

Особенности

Свариваемость тугоплав­

(ИН Шиганов)

Свариваемость

13.1.4.

КОМПО­

и

сталей

144

МАТЕРИА-

металлов

сочета-

Ошз

145

ких

Применение

139

МЕ­

ЛОВ

Яку-

разнородных

13.1.2.

МЕТАЛ­

И СПЛАВОВ

раз­

(Б. Ф.

нородных сочетаний сталей

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ

ЛОВ

сварки

сварных конструкциях.......

132

Сварка под флюсом..

сталей

174

174

13 .1.1.

Дуговая сварка в за-

щитных газах

.... .........

шиН)

124

128

11.4.3.

Глава

нородных

Подготовка под свар-

ку

МЕТАЛ-

Технология

13.1.

117

Сплавы титана и их

свариваемость..

11.4.2.

...

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ

ЛОВ И СПЛАВОВ

Сварка титана и титано-

вых сплавов (О.И СтеЮlOв)

13.

РАЗНОРОДНЫХ

116

Технология сварки и

свойства соединений.

11.4.

Глава

свари-

ваемости медных сплавов.

166

Сварка волокнистых

14.1.

Назначение

и

КМ

170

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

173

14.1 .1.

Ручная

плавка

покрытыми

дами

207

способы

наплавки (В.С Гаврuлюк)

дисперсно-наполненных

...

дуговая

......

207

на­

электро-

207

ОГЛАВЛЕНИЕ

Механизированная и

14.1.2.

автоматическая

14.1.3.

Плазменная наплавка

14.1.4.

Электрошлаковая на-

плавка Лазерная наплавка

наплавка.

.. .. . .. ... ..... . ..

14.1.7.

Газовая наплавка

14.1.8.

Индукционная

верхности

листов

14.1.11.

термического

Материалы для наплавки Перлитные

методов

стые

15.5.

14.3.1. 14.3.2.

Проволока

211

211

14.3.3.

213

Порошковая

напла-

215

вочная проволока

14.3.4.

Наплавочные

лен-

217

точные электроды

14.3.5. 14.3.6.

Прутки для наплавки Плавленые

вольфрама (релиты) Особенности

220

карбиды

...... ....

220

восстанов-

231

и

жаростойкие

233

Износостойкие покрытия

....

КОНТРОЛЯ

КА­

ЧЕСТВА

СВАРНЫХ

СО-

ЕДИНЕНИЙ (И,п. Алешин)

16.1.

237

237

Дефекты контактной

242

сварки

16.1.2.

Дефекты

клееных

и

клеесварных соединений....

243

Влияние

дефектов

работоспособность

на

конструк-

ций и способы их исправления

Радиационные

16.3.2.

221

14.5. Дефекты

222

248 Общие сведения Источники

рующего

16.3.3.

244

методы

контроля

16.3.1.

243

Дефекты паяных со-

единений

16.3.

236

Виды дефектов сварных

соединений

16.2.

234

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ

МЕТОДЫ

излучения

248

ионизи­ и

мате-

риалы

ления деталей наплавкой.. наплавки

16.

230

233

Тепло-

16.1.3.

сварочная, применяемая для

...

на-

Коррозионно-стойкие по-

16.1.1.

стальная

наплавки

технологии

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............. Глава

211 Покрытые электроды

кон­

покрытия

15.6.

Виды наплавочных мате-

риалов

Основы

крытия

21 О ... ..... .. ... ....

вакуумного

209

Коррозионно-стой-

14.2.5.

14.4.

бенности

15.4.

Высокохромистые

кие материалы.

225

несения покрытий

210

14.2.4.

покры-

Технологические осо­

209

материа-

материалы

газотермических нанесения

209

Высокомарганцови-

аустенитные

нанесения

денсационного напыления

Мартен ситные мате-

лы

вакуумного

тий

15.2.2.

210

14.2.3.

и

газо­

224

бенности

15.3.

224

Технологические осо­

15.2.1.

210

14.2.2.

0

покрытий

материа-

риалы

методы

конденсационного

энергией

лы

14.3.

208

по­

Наплавка трением

о ••

о по-

224

Основные

15.2.

208

взрыва

•••••••

крытиях

209 Плакирование

.. о о. о

Краткие сведения

208

Электроконтактная

14.1.10.

14.2.1.

15.1.

на-

наплавка

14.2.

(В.М. Иеровный)

209

14.1 .9.

НАНЕ-

ПОКРЫТИЙ

207

208

плавка

ТЕХНОЛОГИЯ

207

Электрон но-лучевая

14.1.6.

15.

СЕНИЯ

наплавка

под флюсом

14.1.5.

Глава

7

252 Источники

излуче-

ния на базе ускорителей.....

259

ОГЛАВЛЕНИЕ

8 Технология

16.3.4.

радио-

графического контроля Методы

16.3.5. пии,

и

282

16.4.1. Основные 16.4.2.

понятия...

285 Акустический

16.4.3.

совмещенного

тракт

292

16.4.4.

Методы

295

16.4.5. Средства 16.4.6.

УЗ контроля

16.5.1. Основные 16.5.2.

..

поиятия

16.5.4.

лярного

16.7.

Методы

контроля

17.

17.1. 17.2. 17.3.

свароч-

Производственные

355 мощ-

ности сварочных цехов.....

... .

разработке

расчеты

(совершенст­

ления сварных конструкций

17.9.

Расчет

эффекта

по

за-

.. ...

Техническое

380

нормиро-

вание сварочных работ.

.

характеристика

384

Методы

17.10.2.

техниче-

ского нормирования.

387

Нормирование руч-

Нормирование

тической

и

ме­

сварки под флю-

393 Нормирование элек-

358

397

Нормирование газо-

вой сварки

398

Нормирование кон-

тактной сварки..

17.10.8.

391

автома­

сом

17.10.7.

384

Нормы труда и их

17.10.1.

17.10.6.

373

экономического

результатам,

тратам и прибыли.

17.10.

...

трошлаковой сварки

353

ного производства

Экономические

17.8.

17.10.5.

сварочно-

Специализация

и

конст-

370

17.10.4.

(К.А. Гра-

го производства

сварных

ханизированной

353 Концентрация

производства

349 351

чева)

расчеты

проектирования

ной электродуговой сварки

СВАРОЧНОГО

производcrВА

стадии

366 368

345

ОРГАНИЗАЦИЯ И эко­

ИОМИКА

Экономические

17.7. на

17.10.3.

на

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Глава

341

неразрушающего

герметичность

Формы оплаты труда

изготов­

капил­

контроля

17.6.

..

328

345

Аппаратура

сварных кон­

струкций и показатели про из-

техноло­

344

16.6.2.

ма производства

процессов

Дефектоскопические

материалы............

363

Методы измерения объе-

вариантов

Капиллярные методы кон-

16.6.1.

17.5.

гических

339

троля

снижения

вовании)

Магнитографический Вихретоковый метод

Факторы

17.4.3.

361

328

334

метод

360

Классификация ПР

стоимости ПР

при

Магнитопорошковый

метод

16.5.3.

17.4.2.

рукций

305

Магнитная и вихретоко-

вая дефектоскопия...

16.6.

299

Технология контроля

сварных соединений

360

конструк-

водительности труда.....

преобразова-

теля

16.5.

282

Свойства УЗ колеба-

ний

Вариаиты

17.4.1.

методы

контроля.

роботы

цИИ ПР

томо-

277

Ультразвуковые

Промышленные

(ПР) в сварочном производстве

радиоско-

радиометрии

графии

16.4.

17.4. 266

..

399

Нормирование газо-

вой резки металла

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

401 403

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава

18.

БЕЗОllAСНОСТЬ

ДА

И

ЗАЩИТ А

ТРУ­

18.2.3.

окру­

18.1.

18.2.4.

Требования безопасности

Требования

18.1.2.

ности труда....

41 О

Размещение

18.1.5.

и

обору­

организация

материа-

лы и заготовки Пожаро-

18.1.7.

411 и

413

Персонал Средства

18.1.9.

413 индивиду­

альной защиты (СИЗ)

18.1.10.

.... .....

413 414

18.2.Средствазащиты

417

18.2.1.

Вентиляция

18.2.2.

Защита от вибраций,

щума и ультразвука..

417 .. ... ....

Электробезопасность

19.

435

окружающей

441

СТАНДАРТИЗАЦИЯ

СЕРТИФИКАЦИЯ

438

В

И

СВА­

442

Проектирование

19.1.

ТП

сварки

442 Принципы

проекти-

рования ТП сварки

19.1.2.

442

Разработка типового

ТП сварки

19.1.3.

443

Нормативно-техни­

ческая документация (НТД)

Требования защиты

окружающей среды

430

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Глава

429

ионизи-

среды от загрязнений............

19.1.1.

взрыво-

безопасность

от

(Б.г. Маслов)

411

Сварочные

18.1.6.

Защита

Защита

18.3.

427

РОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

ра-

бочих мест..

18.1.8.

41 О

Производственные по-

мещения

дования

18.2.6.

405

Технологические про-

цессы и оборудование........

18.1.4.

405

безопас-

........ .........

.. ........ .. .......

рующих излучений

и вредные

производственные факторы

18.1.3.

18.2.5.

405 Опасные

(ЭМП),

Защита от лазерного

излучения....

труда и защиты окружающей

18.1.1.

от электро­

полей

излучений.......................

405

среды....

Защита

магнитных

ЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (А.С Терехин)

9

422

на сварочные ТП

19.2.

444

Нормативные документы

на сварочные процессы

.........

452

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

464

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

465

Гл ава

10

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ 10.1. СВАРКА

КОНСТРУКЦИОННЫХ

УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

чают следующим образом: кипящую луспокойную неполном

в сварочной технике в зависимости от родистые

углерода

стали

конструкционные

условно

разделяют

угле­

на

три

группы: низко-, средне- и высокоуглеродистые

с

содержанием

0,26 ...0,45

и

соответственно

0,46 ...0,75 %

пс И спокойную

сталь, содержащая

10.1.1. СОСТАВ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

содержания

-

до

0,25;

С. Они широко при­

меияются при производстве машиностроитель­

$0,07 % Si,

раскислении

-

КП, по­

сп. Кипящая

-

получается при

металла

марганцем.

Она характеризуется резко выраженной нерав­ номерностью распределения серы и фосфора по

толщине

проката.

Местная

повышенная

концентрация серы может привести к образо­ ванию

кристаллизационных

околошовной

зоне

трещин

(ОШЗ).

в

шве

Кипящая

и

сталь

склонна к старению в ОШЗ и переходу в хруп­

ных конструкций, работающих при температу­

кое

рах

рах. Спокойные стали получаются при раскис­

-40...+425

ос.

Технология

сварки

этих

состояние

при

отрицательных

температу­

сталей различна. Даже для сталей одной марки

лении

в зависимости от ее плавочного состава и усло­

содержат ~O, 12

вий эксплуатации сварной конструкции техно­

лены в них более равномерно, чем в кипящих

логия сварки может существенно разниться.

сталях. Эrи стали менее склонны к старению и

Углерод является основным легирующим элементом

в

углеродистых

конструкционных

марганцем,

алюминием

% Si;

и

кремнием

и

сера и фосфор распреде­

слабее реагируют на сварочный нагрев. Полу­ спокойная

сталь

по склонности

к

старению

сталях и определяет их механические свойства.

занимает

Повышение его содержания усложияет техно­

кипящей и спокойной сталями. Сталь обыкно­

логию

венного качества поставляют без термической

сварки

и

затрудияет

получение

равно­

промежуточное

положение

прочного сварного соединения без дефектов.

обработки в горячекатаном

По качественному признаку углеродистые ста­

товленные

из

ли разделяют на две группы: обыкиовенного

подвергают

последующей

нее

состоянии.

конструкции

термической

качества и качественные. По степени раскис­

ботке. Эrи стали производят по ГОСТ

4543-71,5520-79 и 5521-93

Массовая ДОЛЯ, С

Мп

ВСтlкп

:а

!)

:s: =:t о

Q.

11)

~ '" :I: о

:.:: :s:

ВСтlпс

0,06...0,12

0,05 ...0,17 0,12...0,30

ВСт3кп

ВСт3сп

0,12...0,30 $0,07

0,09...0,15

ВСт2сп

ВСт3Гпс

Si

0,05 ...0,17 0,25 ...0,50

ВСт2кп

ВСт2пс

%

$0,05

ВСтlсп

0,30...0,60 0,14...0,22

0,40...0,65

не

обра­

380-94, 10.1).

состав некоторых низкоуглеродистых конструкционных сталей

Марка стали

11)

(табл.

Изго­

также

ления стали обыкиовенного качества обозна-

10.1. Химический

между

$0,07 0,05 ...0,17 0,12...0,36

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

11 Окончание mа6.1.

Массовая доля,

Марка стали

С

'-' :;; f-

u

:s::

~ о-

'-' е:;

'-

>.. о :.:

0,07...0,14

15

0,12 ...0,19

20

0,17 ...0,24

15Г

0,12 ...0,19

20Г

0,17 ...0,24

12К

0,08 ...0,16

15К

'":s:: ::I:

u

:s::

0,35 ...0,65

0,15 ...0,30

0,14...0,20

0,50...0,90

0,12...0,35

0,28 ...0,37

0,50...0,80

БСт5Гпс, ВСт5Гпс

>..

'-' о-

U

,

'-' е:; '-'

~:a о t; :.: :s:: О

u

:;; со

"!

о о-

0,17 ...0,37

0,16...0,24

25

'-'

0,15 ...0,30

0,45 ...0,75

С

0,22 ...0,30

о-

"!

0,35 ...0,65

20К

~ '-

0,40...0,70

0,55 ...0,85

'-' е:;

:I:

0,70... 1,00

0,14...0,22

БСт5сп, ВСт5сп

f-

0,17 ...0,37

18К

БСт5пс, ВСт5пс

'-' :;;

Si

0,35 ...0,65

0,12 ...0,20

16К

%

Мп

10

30

0,27 ...0,35

35

0,32 ...0,40

40

0,37 ...0,45

45

0,42 ...0,50

50

0,47 ...0,55

55

0,52 ...0,60

60

0,57 ...0,65

Углеродистую сталь обыкновенного ка­

чества в соответствии с ГОСТ

380-94

подраз­

0,05 ...0,17 0,15 ...0,35

0,80... 1,20

~0,15

0,50...0,80

0,17 ...0,37

0,50...0,80

0,17 ...0,37

ственных конструкций используют сталь груп­ пыВ.

деляют на три группы. Сталь группы А постав­

Углеродистую

ляют по механическим свойствам и для произ­

нормальным (марки

качественную

1о, 15

и

20)

водства сварных конструкций не используют

ным (марки

поставляют в соответствии с ГОСТ

например Ст3). Сталь группы Б поставляют по

4543-71.

-

по химиче­

15r

сталь

с

и повышен­

(группу А в обозначении стали не указывают, химическому составу, а группы В

10.1

и 20Г) содержанием марганца

1050-88

и

Она содержит пониженное количест­

во серы. Стали этой группы применяют для

скому составу и механическим свойствам. Пе­

изготовления

ред обозначением марок этих сталей указыва­

состоянии и в меньшем объеме после нормали­

ют их группу, например БСт3, ВСт3. Полуспо­

зации или закалки с отпуском (термоупрочне­

койную сталь марок ным

и

(после табл.

3

повышенным

номера

10.1).

и

5

производят С обыч­

содержанием

марки

Стали ВСт]

ставят

-

марганца

букву

Г

(см.

ВСт3 всех степеней

конструкций

в

горячекатаном

ние). Механические свойства этих сталей зави­ сят от термической обработки. Сварные конст­ рукции, изготовленные из них, для повышения

прочностных свойств можно подвергать после­

раскисления и сталь ВСт3Гпс, а также стали

дуюшей

БСт1

БСт3 всех степеней раскисления и сталь

ские свойства некоторых углеродистых сталей

БСт3Гпс (по требованиям заказчика) постав­

обычного качества и качественных сталей при­

ляются с гарантией свариваемости. Для ответ-

ведены в табл.

-

термической обработке.

10.2

и

10.3.

Механиче­

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

12

10.2. Механические

свойства некоторых углероднстых сталей в холодном состоянии

Временное Марка

сопротивле-

стали

ине а в ,

МПа

ВСт1кп ВСт1пс,

ВСт1сп ВСт2кп ВСт2пс, ВСт2сп ВСт3кп ВСт3пс,

ВСт3сп ВСт3Гпс

10 15 20 15Г

20Г ВСт5пс

ВСт5сп ВСт5Гпс

25 30 35 40 45 50 55 60

стали

ВСТ3пс

До

20 20...40 40... 100 >100

-

320...420 330...430

220

210

200

340...440

230

220

210

370...470

240

230

220

380.. .490

210 230

420

250

460

280

стали

Листовая

Широкополосная

280

ВСт3Гпс

Широкополосная

200

230

210

260

1800

для толщин

до

20

мм

До20

20...40

>40

35

34

32

d=o

34

33

31

Без оправки

33

32

30

32

31

29

27

26

24

26

25

20

d=O (без оправки)

d=O,5a, - толщи-

где а

23

31 27 25 26 24

270

Изгиб на

менее),

для толщин, мм

на образца

-

19

274

>----

~

2.!.!~

-

353

-

~ 382

---:w2 KCV

17

d=3a

23 21 20 19 16 14 13 12

-

некоторых низкоуглеродистых конструкционных сталей

КСУ, Дж/см 2 , не менее

Расположение

образца

Толщина,

относительно

мм

Поперек

Вдоль

Поперек

Вдоль

при температуре, ос

+20

проката

ВСт3сп Листовая

()s, % (не

30

вязкость

npoката

190

-

290

460...600 451 490 529 568 598 627 647 676

Вид

240

250

380...500 340 380

500...640

Относительное удлинение

(не менее), для толщин, мм

310...400

10.3. Ударная Марка

Предел текучести от, МПа

5...9 10...25 26.. .40 5...9 10...25 20.. .40 5...9 10...30 31 .. .40 5...9 10...30 31 .. .40

78 69 49 100 80 70 78 69 49 98 78 69

после механического

-20

старения

39 29 -

50 30 -

39 29 -

49 29

-

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Углеродистые

стали

марок

ВСт3Гпс,

ВСт5Гпс, 15Г, 20Г с повышенным содержани­ ем марганца к

по свариваемости

низколегированным

при

требуемой

ста­

Механические которая

образуя с железом, углеродом и другими эле­

режимом

ментами

шей

твердые

растворы

и

химические

со­

и

свойства

сварного соединения

лям. Легируюшие элементы, вводимые в сталь,

единения, изменяют их свойства. Это повыша­

надежности

долговечности

конструкции.

следует отнести

конструкционным

13

металла

определяется

химическим

сварки и предыдушей

термической

шва

и

зависят от его структуры,

обработкой.

при сварке низкоуглеродистых

составом,

и последую­

Как

правило,

сталей металл

ет механические свойства стали и, в частности,

шва и зона термического влияния (3ТВ) имеет

снижает ее порог хладноломкости.

феррритно-перлитную

те появляется

возможность

В результа­

снизить

массу кон­

или

сорбитообразную

структуру.

Химический состав металла шва зависит

струкции.

от доли участия

10.1.2.

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ

НИЗКО УГЛЕРОДИСТЫХ СТ АЛЕЙ

Основные

сведения

о

основного

таллов в образовании

между металлом

свариваемости.

При

сварке

и электродного

и шлаком

и газовой

рассматриваемых

Эти стали обладают хорошей свариваемостью.

металла

Технология

става основного металла (табл.

их

сварки

должна

обеспечивать

шва

определенный комплекс требований, основными

шва

из

образования

которых

являются

соединения

равнопрочность

с основным

металлом

сварного

и отсутствие

незначительно

меньше

ме­

шва и взаимодействий

углерода

структур

фазой.

сталей

состав

отличается

10.4).

для

от

со­

В металле

предупреждения

закалочного

характера

при повышенных скоростях охлаждения. Воз­

дефектов в сварном шве. для этого механиче­

можное

ские свойства металла шва и ОШ3 должны быть

вызванное уменьшением

снижение

прочности

металла

шва,

содержания углерода,

не ниже нижнего предела механических свойств

компенсируется

основного металла. В некоторых случаях кон­

проволоку, покрытие или флюс марганцем и

кретные условия работы конструкций допуска­

кремнием.

ют снижение отдельных показателей механиче­

легированием

Повышенные

скорости

металла

через

охлаждения

ме­

ских свойств сварного соединения. Однако швы

талла шва способствуют увеличению его проч­

не должны иметь трешин, непроваров, пор, под­

ности (рис.

резов, особенно при сварке ответственных кон­

пластические свойства и ударная вязкость. Это

струкций.

объясняется изменением

швов

Геометрические

должны

размеры

соответствовать

и

форма

требуемым.

ния

10.1),

перлитной

однако при этом снижаются

фазы.

количества и строе­

Скорость

охлаждения

Сварное соединение должно отличаться стойко­

металла шва определяется толшиной сваривае­

стью к переходу в хрупкое состояние. Иногда к

мого металла, конструкцией сварного соедине­

сварному

тельные

соединению

требования

вибрационных

предъявляются

дополни­

(работоспособность

при

и ударных нагрузках, понижен­

ных температурах и т.д.).

Однако

во

дительность

и

наиболыuей степени проявляется при дуговой сварке однослойных угловых швов и последне­

всех

должна обеспечивать

ния, режимом сварки и начальной температу­

рой изделия. Влияние скорости охлаждения в

случаях

технология

максимальную

экономичность

произво­

процесса сварки

10.4. Средний Металл

Основной типа ВСт3

го

слоя

швов

при

многослойных наложении

угловых

их

и

стыковых

на холодные,

предва­

рительно сваренные швы.

химический состав металла шва Массовая доля,

%

С

Si

Мп

0,14 ...0,22

0,05 ...0,30

0,30...0,60

0,08 ...0,13 0,12...0,18 0,10...0,16 0,10...0,16

0,20...0,25 0,15 ...0,40 0,20...0,47 0,07...0,16

0,30...0,90 0,65 ...0,75 0,57 ...0,79 0,45 ...0,60

Шва при сварке:

-

покрытыми электродами

под флюсом в углекислом газе

электрошлаковой

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

14

cr в cr r' г--г--г--г--.......,IЛ~) 0;( ЧJ,О/О Па

600 500 I---+--t--::= 550450

35 65

~~~~30

500400

60

25 55

450 350 ~~Ч~~~~ 20 50 400300

45

О

Рис.

10.1.

металла

Зависимость мехаиических свойств шва от скорости охлаждения

Металл многослойных швов, кроме по­ слоев.

подвергающийся

действию

изменяются

показаны

зависимости

кривая

поверхности моментов,

10.2

плавленном

от

температур

соединения

металл

состоянии,

термического

слева схематически

распределения

сварного

когда

шва

в

один

находится

и структурные

3ТВ на низкоуглеродистых

неполного

ется

в

расплавления

интервале

солидуса

участки

и

температур

ликвидуса,

сталей на уча­ металл

нагрева­

между

линиями

отчего

частично

рас­

плавляются (оплавляются) зерна металла. Про­ заполняется

туру. Поэтому он обладает более низкой кри­

ленного

тической температурой перехода в

элементы,

ны.

между

нерасплавившимися

жидкими

металла,

который

вводимые

Это может

прослойками

может

в металл

привести

зернами

расплав­

содержать

сварочной

к тому,

ван­

что состав

каюшая в металле шва под действием свароч­

металла на этом участке будет отличаться

ных напряжений, также повышает предел те­

состава

основного

металла,

а

кучести металла шва. Свойства сварного со­

вившихея

единения зависят от свойств не только металла

става наплавляемого металла.

зерен

основного

Низкоуглеродистая сталь

Металл шва

- "'Участок неполного ~сплавления

-=-~i""i:~-_~

Жидкость

Участок перегрева

Участок отпуска

10.2. Схема

из

в рас­

и низколегирован­

При сварке углеродистых стке

странство

Рис.

по

ных сталях при дуговой сварке.

повторного термического цикла сварки, имеет

состояние. Пластическая деформация, возни­

в

цикла сварки. На рис.

более благоприятную мелкозернистую струк­ хрупкое

металла в

ОШ3 определяются его химическим составом и

при

сварке низкоуглеродистых сталей

следних

шва, но и основного металла в ОШ3. Структу­ ра, а значит, и свойства основного

строения ЗТВ сварного шва при дуговой сварке

из-за

металла

от

нераспла­

-

и

от со­

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Увеличению химической неоднородности

ство кислорода и азота (обычно кипящих), ме­

металла на этом участке способствует и слои­

талл

стая ликвация, а также диффузия элементов,

ударные

которая

шению.

может

происходить

нерасплавившегося

как

из

основного

15

на этом участке имеет резко сниженную вязкость

и

сопротивляемость

разру­

При многослойной сварке ввиду много­

металла в жидкий металл,

так и наоборот. По существу, этот участок и

кратного

является местом сварки. Несмотря на его не­

сварки на основной металл в ОШ3 строение и

большую протяженность,

свойства металла в

структура

нем

влиять

могут

сушественно

на

свойства

сварке

воздействия

3ТВ

термического

несколько

длинными

цикла

изменяются.

участками

после

При

каждого

последующего прохода предыдущий шов под­

всего сварного соединения.

На участке перегрева в результате нагре­

вергается своеобразному отпуску. При сварке

до

короткими участками шов и ОШЗ длительное

температур линии солидуса металл полностью

время находятся в нагретом состоянии. Кроме

переходит в состояние аустенита.

изменения структур это увеличивает и

ва в интервале температур от

1100... 1150 ос При

этом

растет зерно, размеры которого увеличиваются

протя­

женность 3ТВ. При сварке термически упроч­

тем более, чем больше нагрев металла превы­

ненных сталей на участках рекристаллизации и

шает температуру точки Асз. Даже при непро­

синеломкости может произойти отпуск метал­

должительном пребывании металла при темпе­

ла,

ратурах

отпуска,

ос значительно увеличивается

>1100

размер зерен.

привести

к

После охлаждения это

образованию

может

неблагоприятной

видманштеттовой структуры. На участке нор­

мализации (полной талл

характеризующийся с

свойств.

структурой

понижением

При

его

сорбита

прочностных

сварке следует прииять

предупреждающие

разупрочнение

меры,

стали

на

участке отпуска.

перекристаллизации) ме­

При газовой сварке структурные превра­

нагревается ненамного выше температур

щения в металле шва и ОШЗ характеризуются

точки Асз, и поэтому он имеет мелкозернистую

образованием

структуру с высокими механическими свойст­

крупнокристаллической структуры с равновес­

вами. На участке неполной перекристаллиза­

ными

ции

металл нагревается до температур между

меньше перегрев металла шва при сварке и чем

точками Ас) и Асз, поэтому данный участок

больше скорость охлаждения, тем меньше зер­

характеризуется почти неизменившимися пер­

но и

воначальными

Поэтому сварку целесообразно вести с макси­

ферритными

и

перлитными

типичной

зернами

тем

для

литого

неправильной

металла

формы.

Чем

выше его механические свойства.

зернами и более мелкими зернами феррита и

мально возможной скоростью. 3ТВ состоит из

перлита

тех же характерных участков, что и

после

перекристаллизации,

а

также

сфероидизацией перлитных участков. На участке рекристаллизации металл на­ гревается от

500... 550

ос до температуры точ­

чительно больше вследствие менее концентри­ рованного тепловвода и более медленного ох­

ки ACI, И поэтому по структуре он мало отли­

лаждения. Ширина 3ТВ (до

чается от основного. Если до сварки металл

толщины

подвергается пластическойдеформации,то при

режима сварки.

нагреве

в

нем

-

рекри­

свариваемого

металла

швов

сталлизация. При значительной выдержке при

чием: зоны

этих

(рис.

температурах

может

произойти

весьма

1

обратном

металла

столбчатых

зиться

участка

могут

несколько

вследствие разупрочнения

сни­

из-за снятия

наклепа.

может

мм) зависит от

способа

сварке

и

структура

характеризоваться

нали­

крупных столбчатых кристаллов

а), которые растут в направлении,

10.3,

заметный рост зерен. Механические свойства этого

28

металла,

При электрошлаковой

происходит сращивание раз­

дробленных зерен основного металла

при дуго­

вой сварке. Однако ширина участков 3ТВ зна­

отводу

теплоты,

кристаллов,

зоны

2

тонких

характеризуемой

меньшей величиной зерна и несколько боль­ шим их отклонением в сторону теплового цен­

100

500

тра, и зоны

3

(участок синеломкости) его структура в про­

гающейся

посередине

цессе сварки не претерпевает видимых измене­

зависит от способа ЭШС, химического состава

При нагреве металла от

до

ос

равноосных кристаллов, распола­ шва.

Строение

швов

ний. Однако металл на этом участке может

металла

характеризоваться пони жен ной пластичностью

содержания в шве углерода и марганца увели­

шва

и

режима

сварки.

Повышение

и несколько большей прочностью. У некото­

чивает, а

рых сталей, содержаших повышенное количе-

да, наоборот, уменьшает ширину зоны

снижение

интенсивности теплоотво­

1.

При

r;JaBa )0. ТЕХН()ЛОГlIЯ СВАРКИ СТАЛЕП 11 СПЛАВ()В

16

12

J

Обеспечение соелtнения

равнопрочности

при дуговой сварке

сварного

юпкоуг.lеро­

.:rистых ста.1еЙ обычно не вызывает затрудне­

ний.

Механические

свойства

тер\tической сварке

(в

и) Рис.

СОСТОЯНИII

поставки)

J:;

.10

печиваюши.\ структуры

Строение CTPYI,T~'P "па.Т.та шва

10.3.

обработки

НIПкоупеРОЛ1СТЫХ

мета.1,1а

й)

"ета.1.1а

ста.lеЙ

при

ТО.1ШI1не

неБО:IЬШl1е скорости ОХ.1аждеюtя.

мета.l.1а шва и ОШ3 примерно та­

сварке ПРОВО.10ЧНЫЮj Э.1епрода\1It \lOгут быть

сированных

только первые две зоны (рис.

толшины.

реЖltмах а

также

выше. Повыше­

при сварке на фор­

металла

увеличеННОII

однопроходных

угловых

кая-либо одна из них. Металл швов со структу­

швов

рой зоны:! имеет пониженную стойкость про­

может

тив

на участках перегрева полной инеполной

кристаллизаuионных

трешин.

Медленное

При

мм на ()бычных режимах. обес­

ние скоростей охлаждения

10.3. п) ИЛII ка­

вида

горячекатаных

кие. какие БЫ.111 расс\ютрены

при ЭШС

ОШ3

\"C.10BIIII сварки и ста.111 .:10 сварки.

заВI1СЯТ от конкретных

при

отриuательных

привести

температурах

к ПОЯВ.1ению

и

рек­

ристалЛll1аuии

Повышение содержания в СТа.1И марганиа уве­

TO\IY.

что

их

структура

характеризуется

бым феРРlпно-пер.1ИТНЫМ шенной оторочкой СТа.1.10В. .:rержк()1I

ори

.1енны\!

ее

те\lПература.\

образовываться

ошз

перегрева

грубые

na.JaTb

У.Jарная

\\а.1нзаuия

В

ВЯ1КОСТЬ.

с отпуском).

не"

чт()

\\етаЛ.1а

К решаЮШli\1

в этом

факторам

относятся

сварки

IIИК.1.

участке

конеч­

участках

которому при

сварке.

TepMlt'teCKoro 1I11кла

максималыfяя

Лliчивает ,ту вероятность. даже

температура.

в случае

.1еродистоЙ В01МОЖНОСТЬ

сварко"

сварки

ста.1И

зака.10ЧНЫХ

При этих условиях

горячекатаной

марки

ПО.1учения

структур.

ПРОUJ.1а

структур.

ВСт3

не

в сварном

ЕПII

эта

тер'lIIческое

низкоуг­

исключена сое.:rltнении

ста1Ь

перед

упрочнение

laKa1KY. то в 3ТН шва на участках peKpllcTa.1.1нзаШIll 11 сине.10\\КОСП1 будет наб.1юдаться отпуск \lета1.та. Т.е. снижение его прочностных

свойств.

И1\tенение

'HIIX CBOIICTB заВI1СИТ от 11

погонной )нерПtI1. типа сварного сое.JинеНltя ус.10ВИЙ сварки.

В ПРОllессе IПГОТОВ.теНIIЯ КОНСТРУКIIИЙ ИJ

(нор­

фа"тором.

oT.:re.%HbJX

в

термический

мета.З,1

от .1ИН11I1

устраняется

ОСНОВНЫ\1

ную

является

\tOгут

обрабОТКОII

после окончаНllЯ

ПО.Jверга.1СЯ

11 \te.:r-

\te.11t'lle nepel'peBa \10-

опре.Jеляюшим

сварки

в

вы­

ВIf.J\tанштеттовы

термичеСКОII

структуру

'Эше

норма.1lпованноlI

cтpyIПypoll.

пос.1е.:rуюшеЙ

3ТВ.

при

нагревом.

Поэто'tу

сменяются

К01еРНИСТОII

гру­

с УТО.1­

которые по "ере У.Jа:lеНIfЯ

СП.1аВ.1еНI1Я

жет

ШIКЛ

.:r.1Iпе.1ЬНЫ\t

ОХ.1аждением.

структуры.

строением

феРРlпа по граНlfllам Kplt-

Тер\\ичеСКlIЙ

хара"теризуется

способствует

1акалочных

т.д.

ператур

преврашеНИII

ОШ1

и

шва

охлаждение швов при 'Эше в интервале тем­

фазовых

в

в металле

yr.1epo.:r11cTbJX раuиях

и

статей

при

на 1аГОТОВlпе.ТЬНЫХ

сварке

в

высокотемпературной

зонах.

об,1асти.

возникает

Jlодная пластическая деформаuия. на.10жении

ПОС.те.:.tующих

нагрев до температур

вятся

опе­

уда.lенны.Х

от

хо­

Попадая при

щвов поз сварочный

-300

ос. ли зоны стано­

участками деформаuионно,'о старения.

достигаемая металлом в рассматриваемом объ­

приводяшего к

екте.

вышению прочностных свойств металла и ВО1­

и

скорость его охлаждения.

конечная

структура

опрепеляются

различных

способом

и

Ширина

УЧ<JСТКОВ

режимом

и

3ТВ

сварки.

составом и толшиной основного мета.1ла.

Рассмотренное выше ра1.'lе.lение 3Т13 яв­ .1яется

приближенным.

структурного

Переход

от

O.JHOrO

участка к ДРУГО\IУ сопровож.ыет­

ся промежуточными .:rиаграМ!'-1а

же.1е10

статично.

в

-

структурами.

КРО\lе того.

можному

момент

сушествования

В01никновению

холодных

по­

трешин.

особенно при низких температурах или в местах конuентраllИИ напряжений. Высокий отпуск при

600 ...650 "С в )Тих случаях является эффектив­ НЫ\I cpe.JCТBOM RосстаНОВ.тения CBOIICTB метал.lа (рис. 10.4). ВЫСОЮ1Й отпуск применяют и ~lЯ СНЯТlIЯ сварочных напряжений.

НОР'о1а.1ИЗУЮТ

углеро.J цесь расС\ютрена

какой-то

снижению пластических и

у.тучщеЮ1Я

сварные

структуры

конструкuии

отзе.1ЬНЫХ

.J.тя

участков

сварочной ванны. В .JеЙствите.1ЬНОСТИ те\ше­

сварного

ратура в точках ЗТВ И1\tеняется во вре\\ени в

свойств. Термическая обработка. кроме зака1­

соответствии с теР\lическим UИК.10\\ сварки.

ки

соединеНllЯ

сварных

и

выравнивания

соединений в тех участках

их

соеди-

-1UПU~ ~

.....- --.---.-

ОРГАНИ3дLfl1Я

«Головной аттеt::Тэцж>ННЫЙцентр

Алтайского региона Национальной СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХУГЛЕРОДИ ~ и Контроnя и ,Св~и»

656038, г.Барнэ л, п -т Ле/-'uнв,46

0'" МПа

Швы.

сталях

низкоуглеродистых

всеми

способами

удовлетворительной

сварки.

стойкостью

обладают

против обра­

зования кристаллизационных трещин. Это обу­ словлено

низким

содержанием

в них углерода.

Однако при сварке на углеродистых содержанием о Рис.

10.4.

повыщенным

Свойства стали Вет3к" в

металле

зависимости от термической обработки

2-

3-

IО%-IЮЙ деформации

стали

растяжеиия при

250 ос 650 ос

то же и пос.~е.J.УЮШИЙ отпуск при

за'ЮРОМ,

возможно

появление

кристаллизационных

провара (узкой,

в ИСХОДНО\1 горячекатаном состоянии:

после

шва

трещин,

в

что

связано в основном с неблагоприятной формой

и деформациоино.-о строення:

I -

сталях с

е угловых швов и валика

корня шва в многослойных швах. особенно с

"с

20

>0.20 %

хорошо

глубокой).

Все углеродистые

свариваются

всеми

способами

сварки плавлением. Обычно не имеется затруд­ нений. связанных с возможностью возникнове­

нения.

которые

охлаждались

с

ния холодных трещин, вызванных образованием

повышенными

скоростями. приведшими к образованию в них

в шве или ОШЗ закалочных структур. Однако в

неравновесных структур закалочного характера

сталях, содержащих углерод

(угловые однослойные швы. последние прохо­

вышенное

количество

ды,

появления

холодных

выполненные

предыдущих), шает

на

пластические

участках (табл. участками женным

по

полностью

остывших

снижает прочностные свойства

При

10.5).

горячим.

швам

и

металла

сварке

этих

охлаждения

короткими

предварительно

замедленная

скорость

трещин

в

е или по­

вероятность

указанных

зо­

нах повышается, особенно с ростом скорости

повы­ в

>0.25 %

марганца.

(повышение

толшины

металла.

сварка при отрицательных температурах, свар­

ка швами малого сечения и др.). В лих усло­

нало­

охлажде­

виях

предупреждение

трещин

достигается

ния металла шва и ОШЗ способствует получе­

предварительным подогревом до

нию равновесных структур. Влияние термиче­

Предварительная и последуюшая термическая

ской обработки в этом случае сказывается не­

обработка на

значительно. При эше последующая термиче­

полыующихся в

ская

служит для лой цели. а также позволяет полу­

обработка

мало

изменяет

механические

120 ... 200

ос.

низкоуглеродистых сталях, ис­ ответственных конструкциях,

свойства металла рассматриваемых зон. Одна­

чить

ко нормализаuия

сварных соединений (высокую прочность или

при водит к резкому возраста­

нию ударной вязкости.

10.5.

необходимые

механические

свойства

пластичность либо их необходимое сочетание).

Влияние термической обработки на механические свойства мета.lла шва при сварке низкоуглеродистой стали Терм и чес кая обработка

Механические свойства

сварка

ill

О'т, МПа

0'., МПа

05, % \jI,% кеу, Дж/см" Примечання.

J.

сварка и отпуск

при

600 ос

0,07 Si.

сварка и

сварка и

отжиг

закалка

240 307 382 464

230

349

267 318 433 463

315 463 467 255 233 622 560

ill

ill

241 699 568

347 т

ill

573

-

lQ2

Ш

Ш

Ш

82

79

179

-

В ЧliС,lите.lе

приведеиы

механические

автоматической сварке под флюсом: в знаменателе

2.

сварка и норма.1Изация

-

-

-

396

544

-

-

353

244

-

-

-

-

-

80 -

свойства ПОС:lеднего

шва при многослойной

механические свойства метал.lа шва при эше

Состав металла шва при сварке под ф.1ЮСОМ (в

%): 0.12

С

0,75

Мп:

0,22 Si:

при ЭШС:

0.14

С;

0.8

Мп:

Глава

18

10. ТЕХНОЛОГИЯ

СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Подготовку кромок и сборку соединения под сварку

проводят

в зависимости

от толщи­

достигается

применением

остающихся

или

съемных подкладок, ручной или механизиро­

ны металла, типа соединения и способа сварки

ванной в среде защитных газов подварки кор­

согласно

ня, флюсовой подущки И других приемов. Для

соответствующим

государственным

стандартам или техническим условиям. Свари­

предупреждения образования в щвах пор, тре­

ваемые детали для фиксации положения

щин, непроваров и других дефектов сваривае­

мок относительно

друг друга

и

кро­

выдерживания

мые

кромки

предварительно

тщательно

зачи­

необходимых зазоров перед сваркой собирают

щают

в универсальных или специальных сборочных

ской резки ржавчины, масла и других загряз­

приспособлениях

либо с помощью прихваток.

Длина прихватки зависит от толщины металла и изменяется в пределах

при рас-

стоянии

Сечение

между

прихваток равно

-

VI/З сечения щва, но ~25 ...

30 мм 2 • Прихватки электродами

20 120 мм 500 800 мм.

ними

или

выполняют

на

покрытыми

полуавтоматах

в

углеки­

слом газе. При сварке прихватки следует пере­ плавлять полностью, так как в них могут обра­

зовываться

трещины

теплоотвода.

Перед

из-за

высокой

сваркой

скорости

прихватки

тща­

тельно зачищают и осматривают. При наличии в прихватке трещины ее вырубают или удаля­

ют другим способом. правило,

При ЭШС детали, как

устанавливают

с зазором,

расщиряю­

щимся к концу щва. Взаимное положение де­

талей фиксируют скобами, установленными на расстоянии

мм друг от друга, уда­

500... 1000

ляемыми по мере наложения щва. При автома­

тических способах дуговой сварки и ЭШС в

от

щлака,

оставщегося

после

термиче­

нений. Дуговую сварку ответственных конст­ рукций лучще проводить с двух сторон. Выбор способа заполнения разделки при многослой­ ной сварке зависит от толщины металла и тер­

мической обработки стали перед сваркой. При появлении в щвах дефектов (пор, трещин, не­ проваров, подрезов и т.д.) металл в месте де­ фекта удаляют механическим путем или тер­ мической резкой и после зачистки подварива­

ют. При сварке от выбора техники и режима

сварки (при изменении формы провара и доли участия

основного

металла

в формировании

щва) зависят состав и свойства металла щва. Газовая сварка. При сварке низкоугле­ родистых

сталей

используется

мальное пламя, с ~ ность

пламени

100... 130

дм 3 /ч,

ацетилена на

1

= Vk

/

только

нор­

Va = 1... 1,2. Мощ­

при

левом

при

правом

способе

сварки

120... 150

дм 3 /ч

мм толщины свариваемого ме­

начале и конце щва устанавливают заходные и

талла. Диаметр присадки

выходные планки.

ба (в мм) -Ь/2+1, для правого -Ь/2. Материал

Сварка стыковых щвов вручную или ме­

при садки

-

dnp для

левого спосо­

сварочная про волока марок Св-08,

порощко­

Св-08А, Св-08ГА, Св-10ГА и Св-10Г2 (послед­

выми проволоками выполняется на весу. При

ние три проволоки дают лучщие результаты).

ханизированная

в защитных

газах

и

приемы,

При менять флюс не требуется. Состав пламени

обеспечивающие предупреждение прожогов и

значительно влияет на состав и свойства ме­

высококачественный

талла щва (табл.

автоматической

сварке

требуются

провар корня щва. Это

10.6. Влияние состава

10.6).

пламени на состав и свойства металла шва

Массовая доля,

%

Механические свойства

Металл шва

Основной

С

Мп

0,12

0,65

N~

а., МПА

8,%

0,005

0,008

390.. .420

24...25

120... 150

125... 130

350...380

15... 19

60...80

124

300...330

8...9

20

110

200...350

1...2

10

280

Дж/СМ'

НВ

0,01

присадочный

= 1... 1,2

При~=1,5

КСУ,

O~

ме-

талл и такой же

При ~

Si

0,09

0,45

0,05

0,30

0,02 0,16

0,01

следы

При ~

= 0,8

1,0

0,50

Примечаиие. Массовая доля серы

0,02 0,04, фосфора 0,03 %.

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

При сварке возможно выгорание углеро­ да,

марганца

и

кремния,

что

снижает

механи­

19

особенно в заграничной практике, высокопроиз­ водительные электроды, содержащие в

покры­

ческие свойства металла шва. для уменьшения

тии железный порошок, и электроды для сварки

этого целесообразна

проковка шва в горячем

с глубоким проплавлением. Механические свой­

состоянии, а при сварке металла большой тол­

ства металла сварных соединений, как правило,

щины

не уступают основному металлу и

последующая

термообработка

(нормализация, низкотемпературный отжиг). Ручная

дуговая

электродами.

сварка

Требования

к

сти

покрытыми

конструктивным

от

марки

электрода,

в зависимо­

подготовки

кромок,

режима и пространственного положения сварки измеияются в широких пределах.

элементам подготовки кромок под сварку и гео­

Электроды выбирают в зависимости от

метрическим размерам сварных швов различных

назначения конструкций и типа стали, а режим

типов регламентируются сварки

ГОСТ

низкоуглеродистых

электроды типа 3-42А

3-42

5264---80.

сталей

для

примеияют

(марки ОМА-2, ОЗС-23),

(УОНИ-13/45),

Э-50А

в

зависимости

от толщины

металла,

положения сварки.

(УОНИ-13/55,

ОЗС-18, ОЗС-25 и др.). Находят применение,

-

сварки

типа сварного соединения и пространственного

Диаметр электрода зависит от толшины свариваемого металла.

Толщина металла, мм

.

0,5 1,0

1,0 2,0

2,0...5,0

5,0 10,0

~10,0

Диаметр электрода, мм

.

1,0 1,5

1,5 2,5

2,5...4,0

4,0 5,0

5,0...8,0

Рекомендуемые марки

значения

для

электрода

сварочного

тока,

данной

его

род

и

полярность выбирают по паспорту электрода, в котором

кие

приводят

свойства,

его

сварочно-технологичес­

типичный

химический

состав

шва и механические свойства. При сварке рас­

Автоматическую

сварку

осушествляют

электродной проволокой диаметром

3...5

мм.

Равнопрочность соединения достигается под­

бором флюсов и сварочных проволок и выбо­ ром режимов и техники сварки. При сварке низкоуглеродистых сталей в большинстве слу­

сматриваемых сталей обеспечиваются высокие

чаев применяют флюсы АН-348-А и ОСЦ-45 и

механические свойства сварного соединения и

низкоуглеродистые

поэтому в большинстве случаев не требуются меры по предотвращению образования в нем закалочных структур. Однако при сварке угло­ вых

швов

на толстом

металле

и

первого

слоя

многослойного шва для повышения стойкости металла против трещин рекомендуется

рительный подогрев до

При

предва­

120... 150 ос.

исправлении

дефектов

в

сварных

швах на сталях повышенной толщины швами малого сечения вследствие значительной рости

его

остывания

ОШЗ

свойства. участки

металл

имеют

пониженные

Поэтому следует

подварочного

шва

и

пластические

подваривать

швами

ско­

дефектные

нормального

сечения

длиной ~ 100 мм и предварительно подогревать

150 ... 200 ос.

их до

Сварка элементы

под

флюсом.

подготовки

Конструктивные

кромок

под

сварку

и

Св-08

и

Св-08А.

электродные

При

проволоки

сварке ответственных

конструкций, а также ржавого металла реко­ мендуется использовать электродную проволо­

ку Св-08ГА. Использование указанных мате­ риалов позволяет получить металл шва с меха­

ническими

свойствами, равными или превы­

шающими

механические

свойства

основного

металла. Благодаря этим материалам достига­ ется высокая стойкость металла швов против

образования пор и кристаллизационных тре­ щин. При сварке без разделки кромок увеличе­ ние доли основного металла в

металле шва, а

значит, и некоторое повышение в нем углерода могут повысить

прочностные

и

понизить пла­

стические свойства металла шва. Режимы зависят от конструкции соедине­

ния, типа шва и техники сварки (табл.

10.11).

10.7 -

Свойства металла ОШЗ определяются

термическим циклом сварки. При сварке угло­

геометрические размеры сварных швов регла­

вых однослойных; стыковых и угловых швов

ментируются

Сварка может

на толстой стали типа ВСт3 на режимах с ма­

выполняться на различных подкладках (флю­

лой погонной энергией в ОШЗ возможно обра­

совой

зование

ГОСТ

подушке,

8713-79.

медной

или

флюсомедной,

закалочных

керамической и др.), а также по предваритель­

пластичностью.

ной подварке покрытыми электродами или в

увеличивают

углекислом газе.

двухдуговую сварку.

Для

сечение

структур

с

пониженной

предупреждения швов

или

этого

примеияют

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

20

Толщина более толстого листа, мм

.

8... 10

10...22

24...60

25

35

50

Сечение части металла шва или слоя, образованного

из электродного металла, мм 2

10.7.

........•............•..........

Режимы автоматической сварки под флюсом стыковых швов

без разделки кромок с обязательным зазором на флюсовой подушке Напряжение дуги, В Толщина металла, мм

Диаметр Зазор, мм

Шов

электродной проволоки,

Ток, А

мм

постоянный переменный

ток

ток

обратной

Скорость сварки,

м/ч

полярности

3

0... 1,5

250 ... 300 2

5

0... 2

Односторонний

48 ... 50 28 ... 30

26 ... 28

400 .. .450 4

550... 600

38 .. .40 48 ... 50

28 ... 32 26 ... 30

8

2.. .4

Двусторонний

650 ... 700

Односторонний

700 ... 750

Двусторонний

650 ... 700

32 ... 36

30... 32 28 ... 30

34 ... 38

5 10

1... 3 4 ... 5

32 ... 34 600 ... 650

Односторонний

750 ... 800

25 ... 27

Двусторонний

12

650 ... 700

30... 32

4

2.. .4

30... 34 36 .. .40

4... 6

Односторонний

850... 900

25 ... 27

5 700 ... 750

14

28 ... 30 2.. .4

Двусторонний

4

650 ... 700

5... 7

Односторонний

5

900 ... 950

38.. .42

20 ... 22

2.. .4

Двусторонний

4

700 ... 750

36.. .40

27 ... 29

5... 7

Односторонний

950 ... 1000

40 .. .44

18 ... 20

750 ... 800

38 ...42

16

20

5 2.. .4

Двусторонний

32 ... 36 22 ... 24

4 30

6... 8

950 ... 1000 Двусторонний

40

8... 10

50

10... 12

16 ... 18 40 .. .44

5

1100... 1200 1200... 1300

-

44 .. .48

12 ... 14 10 ... 12

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

10.8.

21

Режимы двусторонней сварки стыковых швов с V-образной разделкой кромок на флюсовой подушке Диаметр

Толщина

Слой

Шов

металла, мм

сварочной проволоки,

Ток, А

Напряжение

Скорость

дуги, В

сварки, м /ч

мм

Основной

850

36

Подварочный

750

53

Основной

900

32

750

48

14

16

5

Подварочный

Основной

20

24

30

1000

38 .. .40

27

Подварочный

850

36 ... 38

39

Основной

1100

Подварочный

1000

Основной

1250

Первый

Подварочный

6 Первый

Основной

34

Толщина металла, мм

19 38 .. .40 33

27 18

] 100 ... 1050 38 .. .40

Первый

1050

23

Диаметр Подготовка кромок

электродной

Слой

проволоки,

Ток, А

Род тока, по-

Напряжение

лярность

дуги, В

Примечание

мм

750 ... 800

Постоянный

30... 35

обратной

'"'" о

:>

Второй и

35 .. .40

Постоянный

30 ... 35

после-

обратной

дуюшие

полярности

Первый

'"'" :I: '"'"

о-

<о о

Х

800 ... 900

4;5

750 ... 800

два

свари-

вают на флю-

Переменный

о-

<о

Первые слоя

полярности

'"'"

:I:

>22

15

Режнмы автоматической сварки под флюсом многослойных стыковых швов

Первый

>]6

14

40 .. .44

1050

Второй

Подварочный

10.9.

36 ... 38

Переменный

35 .. .40

Постоянный

30 ... 35

совой подущке

Вылет

обратной

трода

полярности

50

Переменный

35 ... 40

Постоянный

30 ... 35

элек-

40 ...

мм. Число

слоев

-

в

толшины

Второй

и

800 ... 900

после-

обратной

дуюшие

полярности

ме-

талла до полного

запол-

нения разделки,

Переменный

за-

висимости от

но

не

нее двух ев

с

ме-

сло-

каждой

стороны

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

22 10.10.

Режимы автоматической сварки под флюсом угловых швов в лодочку Напряжение дуги, В

Катет шва, Диаметр электродной мм

Скорость сварки,

Ток, А

проволоки, мм

Переменный ток

2

350...400

Постоянный ток

М/Ч

обратной полярности

32...34

26...28 30...32

6

3

500... 550

34...36

4

550...600

31 ...38

2

400...450

32...34

45 ...47 30...34

52... 54 22 ...25

32...34 3

550...600

34...36

4

550...650

34...38

28 ... 30

8 30... 32 32...36 5

675 ... 725

2

400...450

32...34

12... 15 34...36

3

600...650

4

650... 700

32 32...34 20... 22

10 23 34... 38 5

700...800

2

400.. .450

32...36 23 ...25

34... 36

8... 10 32... 34

12

4

600...650

5

750...850

34... 38

10.11.

18...20 32...36

Режимы автоматической сварки под флюсом угловых швов наклонным электродом (ток переменный или постоянный обратной полярности) Диаметр

Катет шва, мм

Напряжение

Скорость

дуги, В

сварки. М/Ч

200...220

25 ...28

60

120...200

26...28

28 ...30

3

350...370

28 ...30

53 ...55

2

260...280

3

450...480

4

450... 500

2

370...400

электродной

Ток. А

проволоки, мм

3 2 4

5

28...30 28 ...30

54... 58 58...60 28... 30

30.. .32 7

3

500... 530

4

650... 700

44...46 32...34

48... 50

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

В зависимости от условий сварки и охла­

23

и марганца в металле шва невелико. В резуль­

ждения свойства сварных соединений на низ­

тате

прочность

коуглеродистых сталях изменяются в широких

70 %

от прочности основного металла.

пределах (табл.

10.12).

соединения

составляет

50...

При автоматической и механизированной

Дуговая сварка в защитных газах. При сварке низкоуглеродистых

сталей для защиты

сварке

плавящимся

ложенных в

электродом

различных

швов,

распо­

пространственных

по­

расплавленного электродного металла и металла

ложениях, используют электродную проволоку

сварочной ванны используют углекислый газ, а

диаметром до

также смеси газов: С0 2

(до

+ 02

25 %), Ar + 02 + С0 2

20 %), Ar + С0 2 1О % 02 И до 20 %

(до

(до

С0 2 ). Применение смеси газов изменяет техно­

дящихся

в

диаметром

1,2 ... 3,0

родистых

тер плавлення электрода, температуру расплав­

проволока:

сталей

бенно важно, глубину и форму проплавлення

Сталь. . .. . .. . ..

основного металла. Естественно, что при этом

Про волока

изменяются

режимы

сварки,

а

также

состав

положении,

-

проволоку

мм.

Для сварки в углекислом газе низкоугле­

логические свойства дуги: стабильность, харак­

ленного металла в сварочной ванне и, что осо­

мм, а при сварке швов, нахо­

1,2

нижнем

рекомендуется

следующая

ВСт 1, ВСт2

и

ВСт3

Св-08ГС,

Св-08ГС,

Св-08Г2С,

Св-08Г2С

свойства металла шва. Однако при использова­

Св-12ГС

нии сварочных проволок Св-08ГС и Св-08Г2С свойства сварных соединений на низкоуглеро­

Структура

и

свойства

дистых сталях не уступают основному металлу.

ОШЗ на низкоуглеродистых

Сварка выполняется как автоматами, так и по­

использованной

луавтоматами.

става и свойств основного

металла

швов

и

сталях зависят от

электродной

проволоки,

со­

металла и режима

В некоторых случаях для сварки исполь­

сварки (термического цикла сварки, доли уча­

зуют неплавящийся угольный или графитовый

стия основного металла в формировании шва и

электрод (табл.

формы шва). Влияние этих условий и техноло­

10.13).

Этот способ при меняют при сварке бор­

гические

рекомендации

примерно

такие

же,

товых соединений из низкоуглеродистых ста­

как и при ручной дуговой сварке и сварке под

лей толщиной

флюсом.

0,3 ... 2,0

мм (например, канистр,

корпусов конденсаторов и т.д.). Так как сварку

выполняют без при садки, содержание кремния

10.12. Сталь

ВСт3сп АН-348-А 10ХСНД

АН-60

10.13.

рекомендации

по

режимам

10.14 - 10.16.

Механическне свойства металла щва, выполненного под флюсом Флюс

17ГС

Некоторые

сварки приведены в табл.

а" МПа

а., МПа

0,%

КСУ, Джlсм2

~250

380.. .490

~26

~70

250 ... 350

440 ... 500

25 ... 30

80... 140

510

593

26,4

110

365

555

17,5

-

Режимы сварки бортовых соединений угольным электродом в углекислом газе

Толщина металла, мм

Ток, А

Скорость

Длина дуги

сварки, М/Ч

0,5

20 ... 25

50... 55

1,5

90 ... 95

60 ... 65

2,0

120 ... 130

50... 55

Вылет электрода

Диаметр электрода

мм

2... 2,5

15 ... 20

3

30... 35 6 2... 3

40 .. .45

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

24

10.14. Рекомендуемые

ток, напряженне дуги и вылет электрода при сварке в углекислом газе

Диаметр электродной проволоки

Вылет электрода

Ток, А

Напряжение дуги, В

мм

0,5

6... 10

30... 100

18...20

0,8

8... 12

60... 150

18...22

1,0

8... 14

80... 180

18...24

1,2

10... 15

90...220

18...28

1,6

14...20

120...850

18...32

2,0

15...25

200...500

22...34

2,5

15...35

250...600

24... 38

10.15. Режимы

механизированной и автоматической сварки стыковых швов без разделки кромок в углекислом газе

Толщина металла

Зазор

Диаметр

Число

электродной

слоев

проволоки,

мм

0,5 ...0,8

1,2...2,0

0,8 ... 1,0

6... 12*

Расход газа на

Напряжение

Скорость

дуги, В

сварки, м/ч

мм

0,6... 1,0

3...5

Ток, А

1,6...2,0 1,8...2,2

Один

Один-два

Два-три

0,5 ...0,8

50...60

0,8 ... 1,0

70... 100

1,6... 2,0 2,0

180...200

18...20

28...30

250... 300

один слой,

л/мин

20... 25

6... 7

18...24

10... 12

20...22

14... 16

18...22

16... 18

16...20

18...20

• Сварка с разделкой кромок.

10.16. Режимы

автоматической и механизированной сварки угловых швов в углекислом газе

Диаметр Толщина

электрод-

Катет

металла

ной

шва

Скорость Число слоев

проволоки

Ток, А

Напряжение

сварки

Вьшет,

ДУГИ, В

одного

мм

слоя,м/ч

Расход газа на один

слой,л/мин

мм

1... 1,3

0,5 0,6

1,5...2

0,8

1,5... 3

1,2

3...4

катета

шва

50...60

1,2...2,0

60... 70 60...75

1,5... 3,0 2,0... 3,0

Один

3,0...4,0 5,0...6,0

2,0

7,0...9,0 9,0... 11,0 11,0... 13,0 13,0... 15,0

Два Три Четыре

18...20 18...20

120... 150

300...350

5...6 8... 10

16... 18

70... 110 90... 130 150... 180 230...260 260.. .300

1,6

5...6 Не менее

1,0... 1,2

14... 16 20...22

16... 18

28...30

20...22 26...28 29... 31 20...22

30... 32

6... 8 10... 12 16... 18

12... 14 16... 18

20...24 24...26

8... 10

18... 20

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Сварка на повышенных токах при водит к получению

металла швов с пониженными

пла­

стичностью и ударной вязкостью, что, вероят­

Свойства

режимах

металла швов

соответствуют

швов, выполненных (табл. выми

проволоками,

ПП-АН8

2 ... 3

сварка в углекислом

и

металла

др.

Диаметр

мм, сварочный ток

газе порошко­

ПП-АН4,

проволоки

обычно

А, поэтому объем

:<:350

ими обычно ведется в нижнем положении или швов на вертикали. Уменьше­

при ее протяжке,

варьировать

металла

улучшать

шва,

являются

на сквозняках,

при кото­

устойчивое горе­

ние дуги и хорошее формирование шва. В каче­ стве

источников

тока

ми

можно

использовать

вы­

внешними

вольт-амперными

характеристи­

ками. Недостатком этого способа сварки являет­ возможность

сварки

только

положеннях

выпускаемых

лок и повышенной

в нижнем

и

из-за увеличенного

промышленностью

чувствительности

вер­ диа­

прово­

проuесса

сварки к образованию в швах пор при измене­

состав и свойства

его

сварки

жиме сварки обеспечиваются

метра

Приме­

нение этих про волок позволяет в более широ­ ком диапазоне

газе

лекислого газа. При правильно выбранном ре­

тикальном

что значитель­

но увеличивает стоимость проволоки.

углекислом

откры­

по сравне­

рых наблюдается сдувание защитной струи уг­

ся

ние диаметра проволоки требует дополнитель­ ных проходов

в

проволокой

прямители и преобразователи с крутопадающи­

металла в сварочной ванне большой, и сварка горизонтальных

сваркой

и возможность

типа Э-50А

например

со

порощковой сварки

отсутствие необходимости в газовой аппаратуре

В промышленности находит при­

10.17).

менение и

свойствам

самозащитной Преимушествами

нию

при обычных

электродами

Сварка проволокой.

той дугой порошковой

но, объясняется большими скоростями охлаж­ дения.

25

формирование.

ннях

вьmета

электрода

напряження

слом газе порошковыми

проволок относится также малая глубина про­

и свой­

особенностям

дуги.

К

проволоками

отличительным

и

Технологические особенности сварки в углеки­ ства сварных соединений, полученных без до­

плавления

полнительной

ные режимы сварки

зашиты,

примерно

одинаковые

(см. далее).

основного

приведены в табл.

металла.

порошковых

Ориентировоч­

порошковыми

проволоками

10.18.

Механические свойства металла щвов при сварке низкоуглеродистых сталей

10.17.

в углекислом газе

Сварочная

Сталь

ВСт3кп БСт3кп БСт3сп

МПа

Св-08ГС

380...400

520...560

Св-08Г2С

420...440 430...450

550... 580

Прнмечанне.

28...30

а.

ат

проволока

Днаметр

В; скорость сварки

сварочной

20 м/ч;

560... 580

проволоки

2 мм;

сила

тока

Марка и Ток, А

проволоки, мм

ПП-АН3;

3,0 ПП-АН7;

2,4 ПП-АН8;

2,2 ПП-АНIО;

2,2 ПП-АН29;

1,8... 2,2

Напряжение дуги, В

Вылет электрода, мм

350.. .420

24...20

20...30

230... 300

22 ...25

20.. .40

350...400

26... 33

350...400

26...32

23 ... 30 24...29

120... 150

20...25 300...340 А;

110... 130 120... 140 напряжение

дуги

250...350

24... 30

о б о з н а ч е н и я

:Н -

порошковых проволок

Положение

Назначение

сварки

Строительные

Н

и

дорожные

машины

Машиностроительные

конст-

рукции

Стали

25 ... 30

У с л о в н ы е

КСУ, ДжIсм2

сварка выполняется в три слоя.

10.18. Технологические характеристики самозащитных диаметр

0,%

0,25 %

Н,Г

содержанием

Стали толщиной

Конструкuии,

15...20 нижнее положение; Г

с

до

С

>3

мм

эксплуатируе-

мые при низких температурах

-

горизонтальный шов на вертикали.

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

26

Механические

(табл.

свойства

металла

соответствуют

\ 0.\9)

порошкообразной присадки (это может быть

шва

механическим

крупка из рубленой проволоки) снижает пере­

свойствам шва, выполненного электродом типа

грев металла в металлической ванне, и в ре­

Э-50 или Э-50А.

зультате уменьшается время пребывания ме­ Ее

талла шва и ошз при высоких температурах, а

широко применяют при изготовлении ответст­

Электрошлаковая сварка

(эше).

также возможность образования видманштет­

венных конструкций большой толщины. Рав­

товой

нопрочность сварного соединения достигается

ошз повышается так же, как и производитель­

структуры.

Ударная

вязкость

металла

легированием металла шва через электродную

ность сварки. Сварка с принудительным сопут­

проволоку и

ствуюшим

при

переходе элементов из

рас­

охлаждением

влияет

на

характер

плавляемого металла кромок основного метал­

структур в сварном соединении, обеспечивая

ла. Последующая термическая обработка, кро­

их повышенную дисперсность и однородность.

ме снижения остаточных напряжений, благо­

Повышается ударная вязкость при низких тем­

приятно влияет на структуру и свойства свар­

пературах. Химический состав металла шва и

ных соединений. При ЭШС рассматриваемых

механические

свойства

сталей

см. в табл.

и

используют

флюсы

АН-8М,

AH-S,

Фц-\, ФЦ-7 и АН-22.

\ 0.4

Контактная

Выбор электродной проволоки зависит от

сварных

соединений

\ 0.5. сварка.

При

контактной

сварке металл в зоне сварки подвергается тер­

состава стали. При сварке низкоуглеродистых

момеханическому воздействию. При точечной

спокойных сталей с содержанием до О, \5

%

С

и шовной сварке химический состав металла

хорошие

про­

литой зоны соединения не изменяется, так как

результаты

дает

использование

волок Св-08А и Св-08ГА. ДЛЯ предупреждения

изолирован от воздуха. При стыковой сварке

образования газовых полостей и пузырей при

состав металла в зоне сварки изменяется в ре­

сварке

кипящих

сталей,

кремния, рекомендуется

ка Св-08ГС, содержащая сварке

стали

зультаты

ВСтЗ

электродных

При

удовлетворительные

ре­

проволок

при

Св-08Г А,

Однако

испарения,

удаления

при

осадке

сварки

металл

отличается

от

шва

имеет

структуры

литую

структуру

основного

и

металла.

и

При стыковой сварке в зоне стыка могут обра­ зовываться такие дефекты, как усадочные рых­

металла

шва

обеспечивается

в

и

Св-\ ОГ2

воздуха,

легкоплавких расплавов и Т.д. Во всех случаях

использовании

ударная

со­

лоты, раковины, трещины и др. Металл стыка

после

характеризуется увеличенным размером зерен.

и отпус­

В зависимости от состава стали закристаллизо­

сварного

состоянии

сварки, отпуска и после нормализации

ка.

зультате взаимодействия с кислородом и азо­ том

ЭШС низкоуглеродистых сталей

равнопрочность

единения

мало

проволо­

0,6 ... 0,85 % Si.

достигаются

CB-osrc. При

содержащих

электродная

и

вавшийся металл соединения может иметь раз­

металла на участке перегрева ошз в состоянии

личную структуру. В большинстве случаев это

после сварки при

ос меньше ударной вязко­

ферритно-перлитная структура, но при повы­

сти основного металла. Ориентировочные ре­

шенных скоростях охлаждения могут образо­

20

вязкость

металла

жимы сварки приведены в табл.

\ 0.20.

шва

Меха­

вываться видманштеттова и даже мартен ситная

при

структуры, особенно при повышенном содер­

ЭШС повышают различными технологически­

жании в стали углерода. При стыковой сварке в

ми

зоне

нические свойства сварного соединения

приемами.

Введение

10.19.

в

шлаковую

ванну

стыка

ввиду

окисления

углерода

может

Механнческне свойства металла швов прн сварке

самозащнтными порошковымн проволокамн

Марка проволоки

о., МПа

ПП-АНЗ

500...650

ПП-АН7

550...650

ПП-АН8 ПП-АНlО

500...650

ПП-АН29 ПП-СП-\О

500...659

от, МПа

8,%

КСУ, Дж/ем'

440

22

80

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

27

Ориеитировочные режимы эше иизкоуглеродистых сталей

10.20. Толщина

Сварочный

Напряжение

Число

Диаметр

металла,

ток на один

сварки,

электро-

(сечение)

мм

электрод, А

В

дов

Расстояние Скорость, м/ч

между эле ктродами

I

подачи

мм

сварки

Проволочный электрод

350... 370

30

32...34

70

650

47

90

600...620

42 .. .46

150

450... 500

44...50

200

550

46.. .48

-

1 2,5

500... 550

50... 55

340

400...450

46.. .48

0,9... 1,0

371 ...400

1,0... 1,1

45 .. .50

300

1,6

65

220...240

0,8...0,9

2 3,0

250

172

3

90

250

0,5

125

230...250

0,4...0,5

110

200...220

0,3

-

1,6

Пластинчатый электрод

100 200 300

1000... 1200

28 ...30

1500... 1800

30... 32

наблюдаться

обезуглероженная

сварке стали с содержанием средственно

в

стыке

понижаться до

0,1 %.

его

1 2

зона.

0,25 %

(10

При

С непо­

количество

х

(10

может

х

90)

0,5 0,45

135)

подгоняют.

При сварке неочищенных

вок снижается

загото­

качество сварного соединения

увеличивается

износ

электродов

При точечной

и

контактных

Это снижает механиче­

машин.

ские свойства сварного соединения, чему спо­

можны

собствует и искривление волокон в месте свар­

Способ очистки зависит от размеров заготовок,

выплески

и шовной

и подплавление

сварке

ки. Структура и свойства основного металла в

характера

ОШЗ также изменяются в результате термоме­

Для точечной

ханического

ную сталь можно только обезжиривать.

воздействия

сварки. Они зависят

загрязнений

и

и шовной

воз­

поверхности.

типа

производства.

сварки

холодноката­

Ржав­

от состава металла и предшествующей механи­

чину, а также слой окалины на горячекатаной

ческой и термической обработки.

стали удаляют травлением

При

контактной

сварке

низкоуглероди­

стых сталей прочность и пластичность металла

шва

и

ОШЗ

Сварной дистой

практически

не

стык, выполненный стали

стыковой

сваркой

без последующей термической ладает высокой ударной

и

прочностью

циклической

уменьшаются.

на низкоуглеро­ оплавлением

обработки, об­

при статической,

нагрузках.

Ударная

последующей твором

и

в растворах кислот с

нейтрализацией

промывкой

пескоструйной

щелочным

ВОДОЙ

или

обработке,

очистке наждачными

рас­

подвергают

предварительной

кругами, металлическими

щетками и др. Мелкие детали в условиях мас­ сового

производства

барабанах.

Торцы

очищают

в

заготовок

галтовочных

для

стыковой

сварки обрабатывают до получения поверхно­

вязкость образцов с надрезом в плоскости сты­

сти, перпендикулярной к оси заготовок, а после

ка

термической

60 ... 120

ударная

МПа.

вязкость

результатов

Относительно и

невысокая

значительное

объясняются

зачищают

в

или

на выполненных

быть

в

хватках с шагом

последующей

термической

(высоким отпуском

или нормали­

зацией).

ной

сборочно-сварочных

сваркой

0,05 ... 6

Перед сваркой заготовки правят, поверх­ ности их очищают от загрязнений

Под

зерном

ют

обработкой

от шлака.

точечную и шовную сварку заготовки собира­

зоне сварного стыка. Ударная вязкость может повышена

крупным

резки

рассеяние

и взаимно

сточное.

приспособлениях

точечной

50... 80

сваркой

сваривают

металл

толщиной

мм; основной тип соединения Режим

при­

мм. Точечной и шов­

точечной

и

шовной

-

нахле­ сварки

выбирают в зависимости от свойств и толщины

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

28

металла и особенностей имеющегося оборудо­ вания.

Режимы,

приведенные

10.21 -

в табл.

являются ориентировочными и подлежат

10.25,

корректировке в конкретных условиях.

Для сварки сталей толщиной до пользуют

универсальные

серийные

4

мм ис­

машины.

При сварке низкоуглеродистых сталей толщи­

2

ной до частоты

мм переменный ток промышленной

протекает

непрерывно

в

виде

одного

Способ

(табл.

и

режим

10.26, 10.27)

материала,

величины

сечения

свариваемых

бований

к сварному

оборудования. одинаковой

Для

стыковой

сварки

выбирают в зависимости от и

формы

заготовок

изделию

поперечного с

и

учетом

равномерного

пластической

тре­

имеющегося

нагрева

деформации

и

обеих

заготовок их форму и размеры сечения возле стыка

следует

выполнять

примерно

одинако­

импульса, а давление, приложенное к электро­

выми; диаметры не должны различаться более

дам, остается постоянным на протяжении всего

чем на

процесса. При большей толщине кроме основ­ ного дается дополнительный импульс или ис­ пользуется

цикл

с

одним

импульсом

и

пере­

менной силой давления (проковкой). Шовную сварку

осуществляют

сти сварки

при

постоянных

и давлении и прерывистом

скоро­

включе­

нии тока.

Стыковая табл.

10.25)

окисления

сварка

сопротивлением

(см.

из-за неравномерности нагрева и

металла

на

торцах

заготовок

дает

пониженное качество соединения, и поэтому ее

применяют ограниченно (для деталей с площа­ 2

дью сечения до 250 мм ). Лучшие результаты достигаются при сварке оплавлением. Образо­ вание

в

соединении

ключается

вом.

при

закалочных

структур

сварке оплавлением

с

ис­

подогре­

Этот же способ применяют при сварке

деталей

с

большой

площадью

сечения

(до

1000 мм 2 непрерывным оплавлением и деталей большего сечения - с подогревом).

10.21. Толщина тонкой

15 %,

а толщина

Различные верхность

более чем на

-

покрытия,

1О %.

наносимые

стали для повышения

на по­

ее коррозион­

ной стойкости (оцинкованные, освинцованные, алитированные

стали, стали с фосфатным по­

крытием) усложняют процесс точечной сварки. Мягкие

покрытия

деформации мость

50 %)

снижают

сопротивление

металла, что вызывает необходи­

повышения

сварочного

тока

(на

ной стали. Основная трудность сварки этих материалов заключается

в

активном

взаимо­

действии металлов электрода и покрытия, при­

водящем к снижению коррозионной стойкости

соединения и

быстрому износу электродов.

Свариваемость улучшается при сварке на же­ стких режимах, уменьшении толщины покры­

тий,

интенсивном

охлаждении

электродов.

Удовлетворительные результаты достигаются

при рельефной сварке.

Размеры точечных н шовных соеднненнй, мм Минимальная нахлестка

Минимальный

Диаметр литого ядра

Ширина шва

0,3

2,5 ...3,5

2,0... 3,0

6

7

0,8

3,5 .. .4,5

3,0...4,0

10... 12

11

1,0

4,0...5,0

3,5.. .4,5

12... 14

12

1,5

6,5 ... 7,5

5,5...6,5

16... 18

14

2,0

7,0 ...8,5

6,5 ...8

]8...20

18

3,0

9,0... 10,5

8,0...9,5

24...26

35

4,0

11 ... 13

10,0... 11,5

28 ...30

45

5,0

13 ... 15

12,0... 13,5

34...36

55

6,0

15 ... 17

]4,0... 15,5

38.. .43

65

детали

20 ...

по сравнению с точечной сваркой обыч­

при однородном

шве

шаг точек

10.22.

Режнмы точечной сваркн Толщина заготовок, мм

Параметр

4+4

б+б

0,5 + 0,5

1+1

1,5 + 1,5

2+2

2,5 + 2,5

3+3

5+5

5

5

б

7

8

10

12

14

7

8

10

12

14

15

0,4 .. О,б

О,б ... 1

2000 ..2500

5000 ..6000

Диаметр контактной поверхности, мм:

-начальный

-

перед запили-

б

ванием

Продолжительность прохождения

сва-

рочного тока, с

Сила

иа

0,2 ..0,3

0,25...0,35

0,8.. 1,1

0,9 .. 1,2

1,1 . .1,5

8000. .9000

9000... 12000

электро-

дах, н

Сила тока, А

300 ..400

800... 1200

1200 .. 1600

IБОО

4000.. 5000

БООО... 70ОО

7000 ..8000

8000 ..9000 11000... 12000 12000..

10.23.

.. 2000

IБООО

I

БООО

..8000

14000.. 18000 17000 ..22000 20000... 25 000

Режимы непрерывной шовной сварки Толшина зarотовок, мм

Параметр

0,2 + 0,2 Ширина роликов, мм Сила сжатИ..II, Н

4 800

Скорость сварки, м/мин Сила тока. А

0,5 + 0,5

I

1+ 1

I

1200

800

3000

I

1+ I

I

I

3500

3000

3500

0,5 + 0,5

4

5 1000

0,2 + 0,2

1200

800

1,5

1 2500

0.5 + 0,5

4

5 1000

0,2 + 0,2

I

1+1

5 1000

I

1200

I

7000

2

I

5000

3500

4500

Г.lава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

30

10.24.

Режимы прерывистой шовной сварки НИЗКОУГ.lеродистоЙ ста,lИ ТО.1Шl1llа lаготовок.

Пара\lетр

0.5 + 0.5

0.25 + 0.25 Ширина

контактной

верхности

роликов.

по-

5

мм

Сила сжатия. Н вклю-

Приб.llfЗите.%ное

1.25 + 1.25

2+2

1.5 + 1.5

Х.5

3000

2250 0.04

чения тока. с

1+ 1

6

1750

Продолжительность

0.75+0.75

\1\1

4000

10

4500

0.06

5250

6500

0.08

0.1

число

прерываний:

-

в секунду

-

на

1м

16

шва

Си.та тока. А Примерный шаг точек, мм

12.5

10

7

8

6

5

500

400

333

386

252

250

200

8000

11000

13000

15000

16500

17500

19000

2

2,5

3

3.5

3.9

4

5

Режимы стыковой сварки сопротивлением круглых или квадратных заготовок

10.25.

из УГ.lеродистоЙ стали при даВ.lении осадки Пара\lетр

Установочная

длина

на

10 ... 30

МПа

П.lоша.JЬ сечения lаготовки. \1М'

обе

7

25

50

100

7

12

16

20

заготовки.

\1М

Припуск на осадку. мм:

-

обший

2.2

2.5

2.7

3.0

-

под током

1,6

1.7

1.8

2.0

-

без тока

0.6

0.8

0.9

1.0

-

200

160

140

0.2 ...0,3

0.6 ... 0.8

0.8 ... 1.0

1.0... 1.5

П.IОТНОСТЬ тока. А/мм' Время нагрева. с

nРИ\lечание. ПРIInУСК на осадку укаlан Д.1Я сварКII lаготовок с П.lОТНО ПО.JогнаННЫ\IИ торuа\IИ.

10.26.

Наименьшие напряжения холостого хода (в В) при стыковой сварке Сварка

П.lоша.JЬ сечеНl1Я. \1\1' СОПРОПIВ.lением

До

50

>50

1.5 100

непрерывны\!

ОП.lав.тение\1 с пре.1варите.1ЬНЫ\l

ОП.lав.тСНИС\1

ПО.Jогревом

4

3.5

10

6

2

>100 250

2.5

>250 500

3

>500.,.1000 > 1000... 2000 >2000.5000 >5000 .. 10000

6.5

7

СВАРКА КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

31

При пуски (в ММ) при стыковой сварке оплавлением стержней

10.27.

.

из НИЗКОVГ.lJеродистых конструкционныхсталей (на оба стержня) Диаметр

П.lОШ3;lЬ

стержня,

сечения,

мм

мм-

При пуск при сварке HenpepbIBHbI~1

При пуск при сварке с подогревом

обший

на оплавление

оnлавление~1

обший

на осадку

на оплавление

на осадку

5

20

-

-

6

4

2,0

10

78

7,3

5

2,3

8

5,7

2,3

14

154

9,3

6,5

2,8

12

9,5

2,5

18

254

11,2

8,0

3.2

16

13

3,0

22

380

12,6

9,0

3,6

18

14,8

3,2

26

530

15

11,2

3,8

22

18,5

3.5

30

707

16

12,0

4,0

25

21,5

3,5

-

36

1018

18

]3,0

5,0

30

26

4,0

40

1257

20

]4,5

5,5

33

28,5

4,5

45

1590

21

15,0

6,0

37

31,5

5,5

65

2376

23

16,0

7,0

-

-

-

60

2827

25

17,5

7,5

-

-

-

70

3848

26

18,0

8,0

-

-

-

80

5027

28

19,5

8,5

-

-

-

90

6362

32

23,0

9,0

-

-

-

100

7850

38

28,0

10,0

-

-

-

Примечаиия.

2.

1.

Суммарная установочная длина равна

1.5 диаметра

стержня.

При наличии зазоров между неровно срезанными торцами надо соответственно

уве.1ИЧИТЬ обший

nриnуск на сварку (за счет nриnуска на Оn.lаВ.lение).

3. 10.1.3.

Приnуск на оса.:!ку по.:! током соста8.lяет

СВАРКА КОНСТРУКUИОННЫХ

40 .. 50 %

СРЕДНЕ- И

ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

сталей

затрудняется:

пуск улучшает структуру и свойства закален­ ных

с увеличением содержания углерода сва­ риваемость

обшего при пуска на оса.:!ку.

повышается

зон

и

уменьшает остаточные сварочные

напряжения.

При газовой сварке среднеуглеродистых

склонность к перегреву и закалке, образованию

сталей

холодных

реакций в металле сварочной ванны (образова­

шва.

и

горячих

трудно

трешин

достигается

талла шва с основным

трешин

в

пор

в

металле

равнопрочность

ме­

вероятности

металле

с

целью

уменьшения окислительных

ние пор) применяют нормальное пламя и с неко­

торым избытком ацетилена. Мошность пламени

металлом.

Для уменьшения горячих

и

появления

шва стремятся

сни­

несколько понижена: до 75 ... 100 дм 3 /ч на 1 мм

толщины металла. При менять флюс чаше всего

зить в нем содержание углерода. Это достига­

не требуется. В качестве присадочного

ется

свароч­

используется

водоро­

Св-08Г А, Св-1 огА. Св-10ГС и Св-] ОГСМ.

металла

толщине металла

применением

ных материалов да

и

НИ1коуглеродистых

с малым

уменьшением

солержанием

провара

основного

(рекомендуется сварка с разделкой кромок и на пониженных

ем получения трешин

режимах).

сварных

является

ствуюший

сталей до

Необходимым

соединений

предварительный

подогрев

250 ... 300

(для

услови­

без пор и или сопут­

среднеуглеродистых

ОС). который снижает зака­

ливаемость стали. Последуюший высокий от-

сварочная

>3

проволока

MeTa.l.la марок

При

мм требуется предвари­

тельный

подогрев до температуры 250 ... 350 ОС или местный нагрев горелками до 650 ... 700 Ос. Последующий отпуск при 600 ... 650 ос улучшает структуру и свойства мета.lла сварного соединения. Прочность сварных со­ единений обычно в пределах сти основного металла.

80 %

от прочно­

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

32 При

сварке

покрыты м и

среднеуглеродистых троды

марок

сталей

электродами

используют

УОНИ-13/45,

элек­

УОНИ-13/55

и

ОЗС-33.

деталей. Для предупреждения трещин в ядре рекомендуется

деталей

деформации

Для

уменьшения

ния

в

сварном

тур

следует

снижением

вероятности

соединении

уменьшать скорости

образова­

закалочных

скорость

сварки,

струк­

охлаждения

предварительным

щин

ковочная

мм.

> 1,5

и склонности

достигается

нагреве

при точечной

режимы,

пульсный

ния малопластичны. ДЛя улучшения их свойств

стыковой сварке

последуюшая

закалка с отпуском.

Прочность сварных соединений обычно

::;90 %

при

толщине

сопротивления

к образованию тре­

относительно

медленном

зон сварки.

11 шо!Нюii

подогревом. Однако при этом сварные соедине­ необходима

при

и охлаждении

\IЯlкие

сила

Снижение

сварке

модуляция

тока

Для .этого

используются или

многоим­

режим (два или три импульса),

-

при

предварительный подогрев

и последующая термообработка в самой маши­ не или другими способами.

Свариваемость

от прочности основного металла.

высокоуглеродистых

Сварку под флюсом среднеуглеродистых

сталей затруднена. Их практически не приме­

сталей ведут на пониженных режимах, Т.е. с

няют для изготовления сварных конструкций.

низкой производительностью, поэтому данный

В основном проводится ремонт или наплавка

способ сварки используется ограниченно.

деталей из подобных сталей.

Технология для

сварки

в

углекислом

предупреждения трешин

в

металле

газе

шва

и

10.2. ЛЕГИРОВАННЫЕ

околошовной зоне предусматривает вышеука­ занные

мероприятия:

содержания

снижение в металле

углерода

применением

шва

сварочных

СТАЛЕЙ

шение провара кромок; предварительный или

режимов

подогрев;

сварки,

выбор

уменьшаюших

приемов

скорость

и

ох­

лаждения металла шва.

При

ЭШС

замедленное

охлаждение

и

возможность уменьшить провар кромок позво­

ляют

получить

творительными при

сварке

> 0,3 %

сварные

соединения

свойствами.

металла

с

с

Однако

содержанием

С требуется подогрев до

удовле­

и

здесь

углерода

180... 200

ос.

Но и при этом способе сварки равнопрочность сварного соединения не достигается. ДЛя свар­ ки

используют

Св-10Г2,

сварочную

проволоку

Св-\ ОГ2С

CB-12rc,

и

марок

флюсы

АН-8 или АН-99. Положительные результаты

дает применение порошкообразного присадоч­ ного

материала, так

как

при

этом

снижается

температура металлической ванны, а значит и скорость охлаждения металла сварного соеди­ нения.

Контактная сварка среднеуглеродистых

сталей имеет некоторые особенности. Стали характеризуются:

высоким

сопротивлением

КЛАССИФИКАЦИЯ ЛЕГИРОВАННЫХ

10.2.1.

проволок марок Св-08ГС и Св-08Г2С; умень­ сопутствуюший

к легированным относится широкая но­ менклатура

конструкционных

классифицируются признакам:

свойствам

химическому

и

назначению.

В

из

этих

категорий стали, в свою очередь, подразделя­ ются по ряду других признаков, главным обра­ зом

отражающих

их

механические

и

техноло­

гические свойства.

По химическому составу стали разделя­ ются на: низколегированные, марная

::;2,5 %

массовая

(ГОСТ

доля

в

которых

легирующих

сум­

элементов

19281-89);

легированные (среднелегированные), где

доля

пазоне

легирующих

2,5 ... 10 %

В

элементов

(ГОСТ

лежит

в

диа­

4543-71).

зависимости от вида основных леги­

рующих элементов сталь называют: марганцо­

вистой,

хромистой, хромомолибденованадие­

вой и Т.п.

По структуре. полученной при охлажде­ нии на воздухе после нагрева до

бейнитными и мартенситными.

к

структуре,

каждой

тервалом

склонностью

Они

основным

составу,

бывают

и

сталей.

по следующим

пластической деформации, значительным ин­ кристаллизации

И

ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫЕ СТАЛИ

900

ферритно-перлитными,

ОС, стали

перлитными,

закалке. Это вызывает существенное снижение

По свойствам они подразделяются на ста­

пластичности металла и возможность образо­

ли: нормальной и повышенной прочности; хла­

вания

трещин.

табл.

Сила

10.22 - \0.25), осадки в 1,5 - 2 раза повышается

тока

невелика

(см.

достойкие;

жаропрочные

а сварочные силы и силы

устойчивые

против

больше. При этом заметно

коррозии в морской воде; упрочняемые терми­

скорость

оплавления

и

осадки

(теплоустойчивые);

атмосферной

коррозии

ческой и термохимической обработкой и т.п.

и

ЛЕГИРОВАННЫЕ И ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫЕ СТАЛИ

По назначению стали классифицируются строительные,

ном для для

применяемые

изготовления

которых

период полиморфного у-а-преврашения). большее

на две основные группы:

сварных

в

основ­

конструкций,

не предусматривается,

машиностроительные,

применение

6.

Судостроительные

Сейчас

выпускаются

лей механизмов

Е32, Е36, Е40 (А, О, Е

корпусных

конст­

А32, А36,

с нормированной

А40;

-

нормаль­

и хладостойкие.

стали

прочностью

машин,

Наи­

упрочнением

стали

nрочности

ные, главным образом, для производства дета­ и

таким

или титаном.

ной, повышенной

предназначен­

с

нашли стали, легированные ванадием, ниобием

за некото­

рым исключением, термическая обработка;

33

О32,

О36,

О40;

температура сохране­

рукций и т.П. В настоя шее время широко вне­

ния нормированной ударной вязкости соответ­

дряется технология изготовления

ственно при

ванных

ковано-,

штампо-,

комбиниро­

литосварных

дета­

+20, -20, --40 ОС; цифра - предел 315; 355 и 390 МПа).

прочности соответственно

лей. Большинство такого рода деталей подвер­

Эти стали обладают высоким сопротивлением

гается последуюшей термической или химико­

хрупкому

термической обработке.

нормированной

Строительные

сталн.

Они

подразделя­

разрушению,

которое

температурой

оценивается

перехода

из

хрупкого в вязкое состояние Тхр (температура

ются на ряд категорий в зависимости от вида

торможения трешины в образцах натуральной

конструкций,

толшины). Поставляются в горячекатаном или

для

изготовления

которых

они

применяются, и требований, предъявляемых к

нормализованном

свойствам сварных соединений.

ритно-перлитная

Стали

1.

массового

низколегированные

nрuменения.

Это

стали нормальной прочно­

сти, ферритно-перлитного

класса. Они постав­

7.

состоянии.

Ста·7и

судостроительные

прочные хладостойкие.

490

и

690

Структура фер­

. Их

высоко­

предел

текучести

МПа. Предназначены они для свар­

ляются в виде листового и фасонного про ката,

ных конструкций, эксплуатируемых при тем­

труб, обычно в состоянии

пературах до

после горячей про­

Основные

уровень

прочности

требования

(по ГОСТ

цифры

-

ним:

го переплава).

обо­

стоянии закалки и высокого отпуска. Структу­

строительная,

предел текучести) и хладостойкость

19281-89

(по ГОСТ

--40

и

-70

6... 15 с KCU при

категорий

рованной ударной вязкостью ратурах

к

27772-88 -

значаются С345 и С375, где С

2.

темпе­

ос и после деформационного

Мостостроительные

для

изготовления

железнодорожных требование

п.

1-

к ним

стали,

служа­ авто-

и

Дополнительное

по сравнению

со сталями

повышенное сопротивление атмосферной

коррозии (ГОСТ

3. Готовый

6713-91).

уnрочнение~w

прокат

(С390

поставляют

и

С440).

в нормализован­

ном состоянии. Структура сталей

-

ферритно­

перлитная мелкозернистая с дисперсными час­

Ста·ш

высокопрочные

pидHblМ упрочнением, ном,

ванадием

поставляются

Структура

-

с

карбонит­

легированные

и бором в

(С590

состоянии

молибде­

и С733).

закалки

и

Они

5.

2 - 10498

сорбит, упрочненный дисперсными части­

цами карбидов.

8. ра

-

Сташ

для труб горячей

воды и па­

жаропрочные (теплоустойчивые), легиро­

ванные Сг

-

600

рах до

Мо

-

У, перлитного класса, пред­

Ос. ОНИ поставляются в состоянии

нормализации

или

-

ком. Структура

закалки

с

высоким

отпус­

сорбит с дисперсными части­

цами карбидов, обеспечиваюшими совместно с легированием

жаропрочность

стали.

К

ним

пределу длительной прочности (а; - напря­ жению, при котором разрушается гладкий об­

разец при заданных температуре и времени). Сварные соединения могут иметь зону разу­

Стали, упрочняемые контролируемой (при температурах

ператур Ас,

850... 700

ос в

-

Асз, в котором резко снижается

жаропрочность,

что

может

привести

к

умень­

шению срока эксплуатации сварных труб.

9.

отпуска.

беЙнитная. Эти стали практически

не разупрочняются в 3ТВ сварных соединений. прокаткой

в со­

прочнения на участке нагрева в интервале тем­

тицами карбонитридов.

4.

эти стали

предъявляются требования по нормированному

Стали повышенной nрочности с кар­

бонитридным

-

Поставляются

назначенные для эксплуатации при температу­

конструкций

мостов.

ра

норми­

старения при температуре +20 ОС). шие

--40 ос (стали открытых методов --60 ос (стали электрошлаково­

выплавки) и до

катки.

Высокопрочные

низкоотпущенные

стали с пределом текучести аО.2 $ Структура стали

-

1500

МПа.

низкоотпушенный мартенсит. Эти

применяются

в

конструкциях современ­

ных летательных аппаратов;

они чувствитель-

Г.lава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

34 ны

К

концентраторам

иметь

напряжений,

нормированное

значение

терия

кри­

трешиностойкости (критический 1c коэффициент интенсивности напряжений).

K

Машиностроительные .l1енmируе.l1ые

среднелегированные

ления деталей колес,

валов

цементации

стали.

низкоуглеродистые стали

и

передач,

деталей,

Це­

1.

низко-

служат для

механизмов

и других

и

изготов­

зубчатых

подвергаются

нитроцементации

с

последую­

шей закалкой и высоким отпуском.

2. низкоются

У7.vчшае.l1ые и

в состоянии

Структура этих

среднеуглеродистые

средне.1егированные закалки

и

стали

использу­

высокого

отпуска.

-

сорбит или троостит отпуска. Из

сталей

изготовляют тяжелонагруженные

детали,

работаюшие

при

знакопеременных

нагрузках. К ним предъявляются требования по нормированной

выносливости

Данные стали чувствительны

Номенклатура и значение свойств свар­

должны

силового

(а_1

:::

О,5а в )·

к концентрации

ных соединений должны соответствовать экс­

плуатационным

требованиям.

ходя из их назначения. Практически они сов­ падают с требованиями (см. табл. бования

могут

пределах

отличаться

из-за

сварного

шва

отличия

от

состава

оценке

свариваемости

применительно

к

со

стойкостью

также разд.

как

против

Процедуру конструкций

ления

изделий

энергетического

стали,

выполняемой типу

сварных

разделить

пер­

ХТ

рассматриваются

свариваемости

выбора

технологии

из легированных сталей

на

ряд

этапов,

параметров.

для

и

(см.

1.5).

з.

Сг-Мо-V

стали,

показатели

которых

предназначенные

состава

металла

конструкций. упомянутые требования наряду

к

класса,

определенных

основного

конкретному

выполнение

литного

в

химического

особенностей структуры ЗТВ. При прикладной

технологию

родистые легированные

к основному металлу

В отдельных случаях эти тре­

10.29).

напряжений.

ЖаРОnРОЧI/ые сmа7ll. Это среднеугле­

предъявляемым

к конкретному типу сварных конструкций ис­

можно

последовательное

позволяет

оптимальному

Легированные

сварки

приблизить

сочетанию

конструкционные

ее

стали

изготов­

сваривают всеми способами сварки плавлени­

машинострое­

ем. При этом предпочтение следует отдавать

ния (валы и роторы паровых турбин, крепеж­

способам.

ные детали и т.n.).

ходное содержание диффузионного водорода в

Химический состав и механические свой­ ства типовых сталей упомянутых групп приве­

дены в табл.

10.28 и 10.29.

которым

соответствует низкое ис­

наплавленном металле (шве) Н шО . Такой выбор продиктован

негативным

влиянием диффузи­

онного водорода на сопротивляемость металла

сварного соединения образованию хт. Приме­

10.2.2.

ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ТЕХНО.l0ГИИ СВАРКИ

.1ЕГИРОВАННЫХ СТА.1ЕЙ Выбор параметров технологии сварки ле­ гированных

сталей

направлен

на

получение

бездефектных соединений со свойствами, рав­ ноценными

свойствам

основного

металла.

В практике эта цель интегрально формулирует­ ся как обеспечение «равнопрочностю> сварного Дефекты в сварных соединениях легиро­ сталей

можно

технологические

условно

случаев

исключить

дает

возможность

снизить

или

подогрев при сварке. Ориентиро­

вочные пределы значений Н,,,о для различных

способов сварки приведены в табл. 10.ЗО. В табл.

lO.зо представлены данные, по­

лученные различными

исследователями экспе­

риментальным путем методами хроматографи­ ческого

газового

анализа

или

адекватного

ему метода МНС (международного института

соединения основному металлу.

ванных

нение способов сварки с пониженным Н IllО в ряде

разделить

(несплавления,

сварки).

на

непровары,

Широкие пределы значений Н IllО обуслов­

лены тем, что они зависят от многих факторов:

подрезы и т.п.) и металлургические, основны­

состава покрытий электродов и флюсов; подго­

ми

товки

из

которых

являются

холодные

(ХТ) в ЗТВ, а в ряде случаев

-

трешины

и в сварном шве.

сварочных

материалов

(температуры

прокалки электродов и флюсов, степени осу­

Технологические дефекты исключают соблю­

шения

дением рекомендаций по подготовке и монта­

жаюшего

жу сварных соединений и режимам их сварки.

кромок (степени очистки от органических за­

Образование ХТ предотврашают обеспе­ чением

достаточной

условиях

заданной

режимов сварки.

свариваемости конструкции,

газов);

абсолютной

воздуха.

влажности

подготовки

окру­

свариваемых

грязнений. конденсированной влаги). К сожа­

стали

в

лению.

способа

и

ские модели, описываюшие зависимость Н lllо от

до

сих

пор

указанных факторов.

отсутствуют

математиче­

10.28.

ХимичесКИЙ состав легироваииых сталей

Группа

С ..

cr.lЛС'Й

ВRWЛ

СтроumеЛЫlhlе ),юmерUШlhl

09Г2С (С345)

1 17ГlC(C310)

0,09... 0,12

0.5 ... 0.8

1.3 ... 1.7

0,15 ... 0,2

0,4 ... 0,6

1.15... 1.6

0,3

0,3 ..

0,8 ... 1,1

0.5 ... 0,8

0.4 ... 0,7

0,4 ... 0,7

0,3 ... 0.6

~

0,1 .. 0,17

0,17 ... 0.37

0.9 ... 1,2

1,4... 1,7

12ГН2МФАЮ

0,09 ... 0.14

0,2 ... 0,5

0,9... 1.4

0,2 ... 0,5

09Г2ФБ

0.08 ... 0.13

0,15 ... 0.35

.---.!..:z...-

10ХСНД

2 15ХСНД

14Г2АФ

3 16Г2АФ 14Х2ГМР

4

5 10Г2ФБ 10ГНБ-Ш

6 10ХНДМ-Ш

12ХН2МД

7

0,1 ... 0,12 0,12 ... 0,18 0,14 ... 0,2

0,09 ... 0,12 0,08 ... 0,11

0,1 .. 0.14

12ХН4МДБ-Ш

0,09 ... 0.1)

~

0.4 ...0,6

1.55... 1,75

0,07 ...

~

0,4

0,08 ... 0,14

0.3

1,4... 1,75

0,45 ... 0,55 0,15 ... 0,25

0,3

..

1,15... 1,65

0,65 .. 1.05

0,2 ... 0.4

0,3 ... 0,65

0,35 ... 0,75

0.5... 0,9

0,05 ... 0,17

0.45 ... 0,75

1,05... 1,3

1.8... 2,2

0.1 .. 0,18

0,6... 0,9

0,8... 1,1

2,8 ... 3,2

0,35 ... 0.45

0,6... 0,9

3,5... 4

0,35 ... 0.45

0,257 ... 0.329

0,379 ... 0.546

0,396 ... 0,792

0,218 ... 0,304

0,346 ... 0,551

0,356 ... 0.572

0,22 ... 0,345

0.448 ... 0,590

0,466 ... 0,615

0,247 ... 0,331

0,505 ... 0,656

0,273 ... 0,358

0.3

0,707 ... 0,915

0.38... 0.505

0,05 ... 0.1

0.05 ... 0,1 А1. 0,02 ... 0,03 N,

0,364... 0,607

0.474 ... 0,680

0,268 ... 0,411

0.02 ..0,05 Nb

0.407 ... 0.501

0,426... 0.525

0,21 .. 0,274

..

0,09 ...

0,02 ..0,04 Nb

..

0,4 ... 0.7

0.458 ... 0,591

0,679 ... 0,894

~

г----

0,448 ... 0,582

0.485 ... 0,628

0,05 ...

0,3

0,205 ... 0.255

0,002 ... 0.0068

~

0,3

0..427. .. 0.536

..

0,2 ...0,4

0,1 .. 0.4

0.2 .. 0.4

-

..

0,3 ... 0,6

1.5...

0,09 ... 0.13

12ХНJМД-Ш

0,5 ... 0,6 ... 0,9

1,2... 1,3... 1,7

-

0.418 ... 0,527

0.05

..

0.6 ... 0,9

0,452 ... 0,531

0,264 ... 0,269

0,379... 0,532

0,210... 0,292

0,236... 0,453

0,262 ... 0,489

0,173. .. 0,299

0.482 ... 0,684

0,541 ... 0.764

0,348 ... 0,465

А1

0,574 ... 0,79

0,671 .. 0,896

0.434 ... 0,556

0,02 ..0,05 Nb

0,508 ... 0,727

0,634 ... 0,866

0,441 .. 0,569

0.35 ... 0,65 0.03

0,428... 0,502 0,352 ... 0,487

0,02 .. 0.06

ОКО1JЧОlluе mа6л ГруrlllЗ сталей

Массовая доля,

%

С...

12Х1МФ

Si

0.08 ... 0,15

0,17 ... 0,37

Мо

Cr

Ni

0,9... 0,4 ... 0,7

~

Мо

V

мне

0,2 ... 0,3

0,15 ... 0.3

0,402 ... 0,626

0,424 ... 0,662

0,245 ... 0,385

0,9... 1.1

0,2 ... 0,35

0,639... 0,888

0,632 ... 0,891

0,36... 0.51

0,5 ... 0,7

0,10... 0,12

0,727... 0,998

0,753 ... 1,039

0,444... 0,611

Со

ГОСТ

пругнх

IIримесей

27772-88

0,1 .. 0,17

0,15 ... 0,35

15Х2НМФА

0,13 ... 0,18

0,17 ... 0,37

0,30... 0,60

1,8... 2,3

1,0... 1.5

35ХГСА

0,32 ... 0,39

1,1 ... 1,4

0,8 ... 1,1

1,1 .. 1,4

$0,3

0,727... 0,919

0,739... 0,932

0,49 ... 0,605

30ХГСН2А

0.27 ... 0,34

0,9... 1,2

0,9 ... 1,2

1,4... 1,8

0,672 ... 0,875

0.730... 0,95

0,498... 0,64

0,4

0,65

0,7

0,812

0,927

0,718

0,51 .. 0,683

0.51 .. 0,683

0,31 ... 0,415

15ХМ1Ф

40ХГСН3ВА

1,1 .. 1,4

~O.3

10 28

С... BRWA

МзркзстаJlИ С

C~

1,0

~O,3

0,3 W

2,75

МаUlUносmроumел"ные сталu 18Xrт

1

2

3

0,17 ... 0,23

0.8 ... 1,1

1.. 1,3

-

-

20ХН3А

0,17 ... 0,24

0,3 ... 0,6

0,6... 0,9

2,75 ... 3,15

18Х2Н4А

0,14 ... 0,2

0.25 ... 0,55

1.35... 1,65

4... 4,4

0,3 ... 0,4

40Х

0,36... 0,44

0.5 ...

~

0,8... 1,1

$0.3

-

3... 3,5

0,35 ... 0,45

30ХМА

0,26... 0,33

38ХН3МФА

0,33 ... 0,4

0,17 ... 0.37

0.25 ... 0,5

0.4... 0,7

О,Х ...

25Х1МФ

0,22 ... 0,29

0.4 ... 0,7

1,5... 1,8

20Х3МВФ

0,15 ... 0,23

0,25 ... 0,5

2,8... 3,3

25Х2М1Ф

0,22 ... 0,29

0.4... 0,7

2,1 .. 2,6

1,2

0,03 ...0,09

Т;

-

0,439... 0,637

0,55 ... 0,765

0,428... 0,569

0,657... 0,87

0.805 ... 1,030

0.584 ... 0,726

0,581 .. 0,839

0.59... 0.848

0.425 ... 0,609

0,464... 0,712

0.473 ... 0,722

0,32... 0,494

0,731 .. 0,974

О.Х4Х ... 1,1Х

0,667... 0,841

0,689... 0,914

0,707 ... 0,946

0,45 ... 0,59

0,3 ..0,5 W

0,871 .. 1,143

О,9Х2 ...

0.557 ... 0,745

-

0,982 ... 1,280

О,9Ю ...

-

$0,3

$0.3

Прнмечанне. BRWA - БритаllСКЗЯ сваРОЧ1laЯ исслеJlовзтеJ1hСКая ассоциация; мие

0,25 ... 0,35 0,9... 1,1

0.1 .. О.1Х

0,15 ... 0,3

0,2

0,6 ... 0.85

-

0,3 ... 0,5

- МеЖЛУllаРОДlIЫИ

0.2

ИIIСТИТУТ сварки.

1.302 1.295

0,609... 0,765

10.29. ГРУlша

Механические свойства легироваtlНЫХ ("Талей

термооораБОll<
сталей

с пециальные свойства

Cmpouтe.'/hm:Je ста,т

1

091'2(' 1(45)

365

490

21

17ГlС(ПIО)

400

570

24

390

530.. 670

19

-

В t:Оl'ТОЯНIIII ПОС,lС

10XCH/1

горячей прокатки

2 15ХСНД

335 -

3

14Г2АФ

НормаЛИlаuня

16Г2АФ 14Х2ГМР

4

5

12ГН2МФАЮ 09Г2ФБ 10I·2ФБ

10ГНБ-11I

Закалка

высокий

6~5

390

540

440

590

прочности

29 21

(при

70

ОС)

Уровень повышенной

20

590

6~5

590. n5

6~5 ..

430

520

20

450

560

17

IlовышеllНОС сопротивленне атмосферной коррозии

прочности -

Уровень высокой

14

прочности

X~O

отпуск

10... 28

155

26. .40 Норма;IИlзшtя

6

7

11

490..

Уровень НОРМaJlЬНОЙ

10ХНДМ-1II

33 .. 40

390

12ХН2МД

10 70

490

12ХН3МД-Ш

70 .. 130

12ХН4МДБ-Ш

70 .. 130

ЗЗКaJlка и высокий отпуск

470.. Ы0

510.. 690

510... 710

590

670. 810

690

745 .. 890

~78 (при

<;21

--"О ОС)

11РО\IНОСТИ;

.\JIа;lOСТОЙКОСТЬ

~70 (ври

~20

-40

ОС)

~47 (при

~20

-40 ~55

"6

Уровень повышеlJНОИ

ОС)

YpOOCHh

вы(;окон

прочнОС'Ти;

хладостойкость,

-

~58 (при

-50

ОС)

повышенное сопротивление коррозии

в морской воле

::

ОКОllчйuuе табл. J о. 29 ГРУШIЗ сталей

Марка стали

ТОJlшина. мм

Т~рмообработка

<',

a().~

Ф

1)

МП<J

KCU

КСУ

СпеllналЫlые свойсТR3

Джlсм~

%

ЖаРОПРОЧIЮСТЬ; 12ХIМФ

350 Закалка и высокий

Х

отпуск

15ХМIФ 15Х2НМФА

-

Закалка и низкий

30ХГСН2А

27 25

67

a~

IIОМПа

=

-

a~~~

15

330

520

490

610

15

55

1500

1700

12

48

40

1600

1850

13

50

60

1700

2000

11

45

40

80

=

МПа

-

35ХГСА

9

540

отпуск

-

-

УJЮвеllЬ высокой ПJЮчности; регламентироваНllая

трещиностойкость

40ХГСЮВА

МаШШlOстроuте.1Ыfыеста1ll

18ХГТ

1

Закалка и низкий

20ХЮА

отпуск

880

980

9

50

78

1270

1510

15

60

73

64

114

18Х2Н4А

1170

1470

12

40Х

720

860

14

30ХМА

1080

1130

16

1130

1200

14

55

88

880

960

19

69

127

810

910 13

45

44

60 2

-

38ХЮМФА

-

-

147 127

Регламентированный -

уровевь выносливости

Закалка и высокий 25Х1МФ

3

20Х3МВФ

25Х2МIФ

отпуск

730 810

870.. 910

Жаропрочность

ЛЕГИРОВАННЫЕ И ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫЕ СТАЛИ

10.30.

Ориентировочные значения исходной

структурой

концентрации диффузионного водорода в

составляюших

наплавленном металле (Н шО )

повышенным

см 3 n 00 г

Ручная дуговая сварка покры-

Автоматическая

размером

увеличенной

высокими

(5, %),

аустенитного

концентрацией

зерна

диффу­

растягиваюшими

под

сварка

Структура

3... 8

-

свароч­

обязательный фактор, а во­

дород и напряжения

Механизированная

сварка

в

3... 5

С0 2

2... 3

щимся электродом

1,5...2,5

рамовым электродом

Сварка в смеси аргона

(80 %) (20 %)

Примечаине. Значения

2,5 ...3,5

Н шо ,

полученные

хро~атографическиммеТО.10М или ~eT0.10" МИС,

2

раза

превышают значения,

спиртовым

И;lИ

необходимые.

можности образования трещин с учетом влия­ пользуют эквивалент углерода (С , ••). Он явля­ ется

Аргонодуговая сварка вольф-

и углекислого газа

-

Для оценки степени потенциальной воз­

ния обязательного структурного фактора ис­

Аргонодуговая сварка плавя-

опреде.1енные

закалочных

бейнита

ными напряжениями (ас., МПа).

флюсом

приблизите.1ЬНО в

и

зионного водорода (Н.,. см 3 /1 00 г);

4... 10

тыми электродами

наличием

-

мартенсита

(d1 , мкм);

H ,1,O ,

Вид сварки

39

Г,lицериновым

\leTOДO~.

обобщенным

параметром

характеризующим

состава

прокаливаемость,

стали,

Т.е.

спо­

собность образовывать мартенситную структу­ ру при заданной скорости охлаждения. Приме­ нительно

к сварке

ваемость

критическими

принято

оuенивать

скоростями

прокали­ охлажде­

ния (О; в условиях воздействия сварочного тер­

мического цикла, при которых в ЗТВ образует­ ся

1 (5)

и

90 (95) %

мартенсита соответственно

при (0,,1 и (0,,2' Интенсивность охлаждения при сварке оценивают средней скоростью в диапа­

Состав и свойства сварочных материалов выбираются в соответствии с требованиями к сварным соединениям конструкций из легиро­

ванной

стали.

Марки

сварочных

электродов,

проволок и флюсов для сварки низко- и сред­ нелегированных сталей приведены в справоч­

ных пособиях.

При невозможности подогрева при сварке конструкций из легированных сталей (больщие габаритные размеры, сложная геометрия и т.п.)

зоне

600 ... 500

низкую (на

50 ... ]00

материалы

имеют

более

ОС) температуру солидуса,

чем ферритно-перлитные.Это снижает степень

перегрева ОШЗ и ограничивает рост аустенит­ ного зерна. Кроме того, аустенитная структура

обладает на порядок более высокой раствори­ мостью и меньшим коэффициентом диффузии

водорода. Эти факторы способствуют предот­ вращению ХТ без применения подогрева. Ау­ стенитные материа.1Ы. как

правило. использу­

ют для сварки среднелегированных сталей с

Сж•

> 0,6 %,

где С ж • - эквивалент углерода.

ос (t8/5, с).

800 ... 500

Имеется определенная взаимозависимость ме­ жду

критическими

скоростями

охлаждения

«(О" I И (0,,2) и с ж •. Различными исследователями предложе­ но несколько соотношений для расчета эквива­ лента углерода (%): С , •• = С

применяют аустенитные сварочные материалы.

Аустенитные

ос «(06/5. ОС/с) или временем

охлаждения в диапазоне

+

Мnl20

+

(Сг

+

Мо

+ Ni/15 (BRWA. 1964 С , •• = С

+ 5i/24 +

+ (Ni + Си)/15

+ V)/IO + г.);

Мп/6

(МИС,

+ (Сг + Мо + У)/5 + 1967 г.; EN 1011-2:2001);

Ск. = С

+ 5i/24 + Мп/6 + Сг/5 + Мо/4 + Ni/40 + + Cu/13 + V/14 + В/2 (ГОСТ 27772-88). Здесь

BR W А -

Британская сварочная ис­

следовательская ассоциация; МИС родный

институт

сварки;

- Междуна­ EN 1011-2:2001 -

Европейский стандарт. Рекомендации по свар­ ке металлических материалов. Дуговая сварка ферритных сталей.

На следуюшем этапе необходимо обеспе­

Принято оценивать степень потенциальной

чить свариваемость стали по показателю стой­

возможности образования в сталях ХТ в зависи­

кости против ХТ.

мости от значений С ,к • (по ГОСТ

Образование ХТ обусловлено следуюши­ ми основными факторами (см. разд.

1.5):

пер в а я

::: 0,35 % -

гр у п п а

27772-88):

с т а л ей: С ,к •

сталь не склонна к ХТ при сварке;

:::

r.laBa 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

40 в то р а я

г р у п п а

тивно-технологических

условиях

возможно

т р е т ь я

Гр У п п а

с т а л ей: С)К'

>

высокая вероятность появлеНflЯ ХТ;

структурное

при затруднении

анализа структуры

состояние

ях

на сварку

значение

оценивают

И'!делий

твердости.

сварка выполняется со специальными техноло­

на

гическими мероприятиями.

200 ... 350 HV.

Поскольку

особенно

металлографического

3ТВ.

значением

твердости. Как правило. в технических услови­

образование ХТ;

> 0.6 % -

На практике.

с т а л ей: с.", =

при определенных конструк­

0,35 ... 0.6 % -

образование

ХТ

наряду

со

го

различные

характера

структурой обусловлено также концентрацией

значение

диффузионного

твердости

водорода

и

сварочными

на­

указывают

допустимое

В технических

изделия

оно

лежит

условиях

в

пределах

При выполнении расчетов обше­ часто

ПРИНl1мают

за

допустимое

300 HV. Назначение допустимой - предотвратить появление ХТ. а

пряжениями. то значение С жв вне связи с этими

также

условиями не ~южет служить показателем дей­

свойств металла сварных соединений. Известна

ствительной

хорошая

шин.

склонности

Особенно

"но

к

образованию

относится

ко

тре­

второй

и

с

помошью

С ЖВ

жима сварки

заостряет внимание разработчиков технологии сварки

на

необходимости

целенаправленного

выбора режимов сварки и специальных техно­ логических мероприятий.

На

следуюшем

этапе

возможен

выбор

технологии сварки. основанный на контроле за структурой в 3ТВ путем регулирования тепло­ вого режима сварки. Такой подход предусмат­ ривает

исключение

или

ограничение

процент­

ного содержания мартенсита в структуре. При этом учитывается. что свойства мартенсита в основном

зависят

от

содержания

углерода

в

стали. При этом можно рекомендовать ориен­ тироваться

на

следуюшее соотношение допус­

тимого количества мартенсита в 3ТВ от содер­ жания углерода (рис.

корреляция

Процедура

свариваемости

10.5).

требуемых

с

регулирования

теплового

ре­

расчетное

оп­

предусматривает:

параметров

или

термического

сварки (18"; (()biS) в ОШ3 3ТВ

1450

твердости

•.

экспериментальное ределение

механических

значений

пределом прочности а

третьей группам сталей.

Оценка

получение

(Tmax

=

цикла

1350 ...

ОС) соединения при сварке данного изде­

лия;

наличие диаграммы анизотермическо­

го распада аустенита в ста..ти. из которой изго­ товляется

ным

изделие.

применительно

к

свароч­

термическим циклам (известна как диа­

грамма АРА).

Диаграмма АРА [Т

- 1п (l8!5) - структура]

фиксирует критические скорости охлаждения и позволяет

определить

состав

структуры

для

заданного термического цикла. Схема типовой

диаграммы

АРА для

низко-

и

среднелегиро­

ванных сталей представлена на рис. шение обратной задачи

-

10.6.

Ре­

определение допус­

тимой скорости охлаждения (().1Оn по принятому

допустимому содержанию мартенсита М зоn В структуре (см. рис.

4- О 1\-----\--+----+-----\

позволяет откоррек­

10.5)

тировать тепловой режим сварки. Т.е. обеспе­

чить (()6iS

<

Это можно выполнить или

(()30n'

введением предварительного или

301-\---+---+-----\

шего

подогрева

или

сопутствую­

увеличением погонной

энергии сварки.

zо 1---\----+--\---+----\

Такое решение продемонстрировано на при мере однопроходной автоматической свар­ ки

10

!V-------''Н-----'\г--1г-------I

изделия

0,17 %

С)

из

модель диаграммы ставлt:Н<1 на рис.

0.2 Рис.

10.5. Допустимое

0,3

С,О/.

содержаиие мартеисита в

структуре ЗТВ в зависимости от содержаиия углерода в стали и задаииой твердости

стали

толшиной

15Х2МФА (содержит

16

мм.

Компьютерная

АРА для этой стали пред­

10.7.

Стыковое соединение без

разделки кромок с зазором

6

мм выполняется с

полным проваром на флюсовой подушке. Ре­ комендованный

режим:

электрода

мм; сварочный ток /СВ = 900 А;

d, = 5

напряжение на дуге

U3

=

КПД =

38

0.9;

диаметр

В; скорость сварки

ЛЕГИРОВАННЫЕ И ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫЕ СТАЛИ

,

Т:С Т",пн

10

Z

ТrpПf\

J

м

1-4-=--

",

где л.

-

стали

0,4

коэффициент теплопроводности [для Вт/(см

ОС)]; ер

.

объемная теплоем­

-

кость [для стали 5,1 ДжI(см 3

Тмн ~-----=-I-_Т

41

ратура

наименьшей

(для стали

_

550

.

ОС)]; Т

устойчивости

ОС); ТН

-

темпе­

аустенита

начальная температура,

-

в том числе и сопутствующего подогрева, ОС; м

'П ~-----.l.:..-----J-=---....L..:....l W6/5 ЦJ"z W,." WtpnztB/5 а) Ui",nt

n

8-

толщина металла, см. для сварки без подогрева (ТН

100%1_---------~--~~

ния,

М~опl-----

= 0,6

ку

действительная

(W6lS

=

ОС/с (см. рис.

1,59 = 0,6

например.

--.JI.L--L~oJ...o!....__~L_ln Uiqmz

t B/ 5

ЗТВ стали

W доп

(W;lOп

'-

ОС/с

соответствующая допустимому содержа­

нию мартенсита в

(U6/5

1,59

(ЫБI5 '" (550), Допустимая скорость охлажде­

951-----~ -~.к-

'П

= 20 ОС) рас­

считанная скорость охлаждения Ы550 =

рева (ТН

ОС/с)

]0.5

и

М доп = 15 %, 10.7). Посколь-

скорость

охлаждения

превышает

допустимую

ОС/с), необходимо ее уменьшить,

введением

сопутствующего подог­

> 20 ОС). Требуемую температуру (ОС)

сопутствующего подогрева можно определить по соотношению

о) Рис.

10.6.

Схема типовой диаграммы АРА для

низко- и среднелегированных сталей:

а и б

температуры преврашения аустенита и состав

-

в данном случае определенная расчетом

структуры в зависимости от скорости охлаждения

соответственно; ООБI5 (ОС/с) И '8/5 (с) сварочного термического цикла;

W"I,

-

температура сопутствующего подогрева

параметры

ОО",2

охлаждения. при которых образуются

- скорости 1 и 95 %

мартенсита соответственно; wфп 1. Wфп2

скорости охлаждения, при которых образуются

1 и 100 %

К сожалению,

мартенсита в структуре ЗТВ; ОО доп - допустимая

конструкционных

скорость охлаждения, соответствуюшая М доп ;

методом.

соответственно

металла,

гонная

= 55

404

Дж/см, где q/V - по­

энергия сварки). Для

И

строят экспериментальным

и мартенситного преврашений аустенита

м/ч (q/V

банк диаграмм

низко-

АРА

для

среднелегирован­

ных сталей весьма ограничен. Диаграммы АРА

-

температуры начала и конца ферритно-перлитного

= 20

скорости охлажде­

ОС/с. Таким образом обеспечи­

струпуре ЗТВ и твердость :5300 НУ.

соответственно; М доп - допустимое содержание

ус.

= 0,6

ваются «безопасное» содержание мартенсита в

ферритно-перлитной смеси

А о - остаточиый аустенит; Тфпн , Тфпк , Т"Н И Т"к

COOTB~BYeт допустимой

ния Ы6IS

-

Ос.

170

При этом действительная скорость охлаждения

данного случая

тепловой расчет можно выполнить по теории Н.Н. Рыкали на, приняв схему мощного быст­

Применяются в которых

дилатометрическим

образцы

имитируется

основного

серия

ных термических циклов с нагревом до и

ем

регулируемым

в

= О,]

щироком

... 100

свароч­

1350

ОС

принудительным охлаждени­

диапазоне

скоростей:

W6IS

=

ОС/с. Регистрируют граничные тем­

родвижущегося линейного источника теплоты,

пературы и критические скорости превращения

действующего по всей толщине листа. Выра­

аустенита,

жение для расчета мгновенной скорости охла­

вращения, который

ждения

(ОС/с)

при

заданной

имеет следующий вид:

температуре

Т

состав

графическим

СТРУlПypы

продуктов

пре­

подтверждается металло­

анализом.

Процесс

построения

диаграмм АРА трудоемок и длителен.

Г:,ава 10. ТЕХНОЛОГl1Я СВАРКII еТАЛЕГI 11 СПЛАВОI3

KO .... ~ItCJ'1".PH." f101Ul .... J-ООООО

LOooo

J-DOO

""~p

J-OO

.......

АР"

!

CT~

L

J-O

.1~X2"FA

O.OOJ-

О.О!

O.J-

АС3>fflб.7.'i

,,

АС1-е15.12

,. I

800

Q

600

,

I

r

I

1

I

r

I

I

I

I

I

I

I

"

I

I

I

I

I

-----~-----~-----:-----;-t---~-----~~~-~--~,,~----~8DO I

:~

- - -- -~ -- - -- ~ - -- - -; - - - - - j-r •

,,;

- -- - -;~ - - --

I

..

~

600

;: ,1

~

••

l'

..,..j'-~'__~=,,~"!__-+ l'

; 1:. : I

,

400

I

I

I

I

I

I

I

I

.•. t

200

"

11 "

I,

I I

I

I

:

:

I : I

:::

I

;

:

:I

1::

I

I

I

:

I

о С ос

"'fi~:

~.~5

T8r.1:

39.833

ос/о о

_

400 с =0.178 SI-e.258

;~

:

;: ..•.. ·~· ... _~ .._·.. ~.._·.. tТ ..•..":".....'-..- ~-- -- - -;f -- -,

200

:

Ht=O.QQQ

;:

I

"0-е.БВ8

;:

,

<w

OXAa~HM.

6~),

"n=O.528 Сг-2.В88

;~

J-gО....... ооо -L~О . .... OUO-+~-L-оо .....Оf--J--О . .О ---L ...О . ...--~L-I--О . .... ; J.....-·O---'.О<ЧLf+-o--о-.-I-О~L Г~OPOC'1'b

9 194.0

3~9.

" ,1 l'

I

:

: :

,1

-4I

-----~-----~-----.-----.-

T.-t Т ...

Cu=O.QQB U=O.31B

ос/с

i(Joo io;5oo J.b(Jooo

" LJO

а)

ко,..,ыотри."

НОде ......

Аиаrра~1 АРА

LO

J-OO

сТа .....

0.1

1~К2НF"А

0.01

0.001

100 r-+---~-It----:-""",-~:::::;::=u>""--::;;~-_---;-Loo I 80

,

I

I

I

[D] Аоот S.OY.

.--------~--~---

-------~--------

80

I

:-:

60

I _._-_._.~--~--_. I

.;,

"• ,n u

60

I I

I

40

I --------~--~--_. I

40

I

95.0"-

I

20

I

--------~--~---. I

,1 I

__ .-

I

I

------------~--------

I

'"О

о с./о

• Т8/5

.1

I

СмОРЧСТЬ

иli/5

:1.

I

L'o

ZO

,

°.l-!(I~0~1---..,..~-'I--~-~.......>L.,)o--:-'~ ......-~-=-...,.. 1'0

~H ~

I

о;

DXl1a~H".

" L60

(w

1

0.01

6/:5>,

' J.Dbo 800

RO

....

40.L8

f ----0-.+0001

ОС/с

'J.Oi5oo ~o()'C> С

(t

в/~) ~

с

rJ) Рис.

10.7. k:О'1Пьютериая 'Ю.1е.1Ь Дllаr'ра'l'lЫ АРА cтa.lll 15Х2МФА (0.17 % О. ОбозиачеllllЯ с'l. иа рис. 10.6

с

ЛЕГИРОВАННЫЕ И ТЕПлоусто(tЧI1ВЫЕ СТАЛИ

Европейский

стандарт EN

и

10 11-2:200 J

43

компьютерной техники. Особым случаем явля­

«Рекомендации по сварке металлических мате­

ется многослойная сварка, при

риалов. Дуговая сварка ферритных (углероди­

рочный терМltческий цикл

и

которой сва­

структура 3ТВ

стых и НН1коуглеРОДI1СТЫХ) сталей» рекомен­

формируются под действием следуюших фа к­

дует определять температуру подогрева Тр • ос

торов (рис.

с целью предотвращения ХТ по соотношению

Тр

+ 62 . но .

= С+

где СЕТ

снижающей

Сг+Си

Ni

20

40

циальный эквивалент УГ.1ерода стали.

(пре­

%

стали в пределах

f1сходная

400

нагревах

ос

- Ас]:

концентрация диффузнонного водорода в ме­ определенная

методом МИС в пределах

Q -

погонная

энергия

0.5 .. .4.0 кДж/мм:

lanll

экспериментально

J ... 20

см'/1 00 г Ме:

сварки е

(х) =

х

,.

е

перболический тангенс (х =

в -е +е

пределах

рис.

моделирование

_,

гн-

-

.

программном

АРА

комплексе

до

лочных

(см.

«Сваривае­

при

нагрев

при

последую­

температур

температурах

составляющих

структуры

водорода из сварного сое.1инения. сварки

применим

только

и

ВЫХО.1у

этом слу­

8

к термическому

наложения

температуры и

циклов.

времени действия

по

неоправданно

МГТУ им.

параметрам.

Ис­

последуюших

валиков

отпускных

8 результате выбор теплового режима

заться

1.5).

цик­

2 и 3). Однако в

структура будет изменяться в зависимости от

сварки

Баумана (см. разд.

структур

Ос. способствующий «отдыху» зака­

мость легированных сталей». разработанном в

Н.Э.

измельчения

маКСИМ
повторный

200 .. .400

процессе

J0.7). Этот подход f1спользован в инже­

нерном

и

ос:

лу J (возможно, и к циклам

d /35).

диаграмм

ОХ.1аж­

чае «структурный» подход при выборе режима

-х

8 настояшее время применяют компью­ терное

- 1000

самоотпуска

щих

шва.

скорости

нагревах 3Т8 до маКСИМ
толщина

талле

действительные

перекристаллизации

делы значеннй СЕТ =

0.2 ... 0,5 %): d 10 ... 90 мм: НО -

темпера­

аустенитного зерна при втором и послеДУЮЩflХ

+ - - - + - - спе-

10

влияния

дения при укладке последующих валиков:

+ (53 . СЕТ - 32) Q - 328 .

Мп+Мо

Т.е.

туры остывания предыдушего сварного валика.

= 697 ·СЕТ + 160· tanh(d /35) + n 35

10.8):

автоподогрева.

структурному

8

критерию

может ока­

завыщенным

настоящее

время

по

своим

наметилась

пользование более широкого банка термокине­

тенденция сваривать легированные стали

тических диаграмм (ТКД) распада аустенита.

гослойными швами. по возможности с макси­

полученных применительно к термообработке

мальным числом сварных валиков.

(Т

- In

I - структура). не всегда позволяет по­

лучить достоверную информацию для условий

мно­

Т,"с

сварки. Во-первых. эти диаграммы построены для условий нагрева до температур ~IOOO ОС. при и

10001-+-+--------------

которых степень гомогенизации аустенита

размер

аустенитного

зерна

отличаются

от

ACJ t-+-t---н------------

этих параметров для ОШ3 сварных соедине­ ний. В связи с этим значения критических ско­ ростей охлаждения

на диаграммах

АРА сме­

шены в сторону меньших значений по сравне­

нию с ткд. Во-вторых, весьма трудно точно

4-00

rt--H--+'I---t-+---1r-...-::~---

наложить кривые сварочных термических цик­

лов на ТКД и связать параметры диаграмм с параметрами циклов. Ориентировочные значе­

200t----""...-----------\--

ния допускаемых скоростей охлаnClения (О" для

сталей. указанных в табл.

10.28,

рассчитанные

по компьютерным моделям их диаграмм АРА,

приведены в табл.

10.31.

Для сложных единений

тепловой

необходимо

по геометрии расчет

выполнить

конечных элементов

t,c Рис.

10.8.

численным

1-

сварки

методом

(МКЭ) с использованием

TepMlI'lecKoro

UИ".1а

многослойной сварки в 3Т8:

сварных со­

процесса

Схема сварочиого

3-

зака.10ЧIIЫЙ ЦИК.1:

] -

3RТОПО,;jогрев:

ЦНК,l перекрнстаЛ.1юации И изчельчения

аустеннТlЮГО зерна (воз"ожна повторная lака.1ка):

4-

](НК.1Ы отпуска:

5-

ШIКЛЫ повторного нагреАа

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

44

10.31. Допустимые скорости Уровень

Группа

Марка стали

ста.1еЙ

охлаждения (J}"оп при сварке легированных сталей Критические скорости, ос/с

250

ния

{J),,1

I

{t),,~

M.]"n.

%

300

НУ

легирова-

I

Ш оо "

,

ОС/с

НУ

350

О,'", М%о "", I Шос/с

М.%Ю "'

55 50 45 25 17.9 6,7 52 50 45 45 25 10 45 30,6 10 30,6 17,9 6,65 52 3,06 7,9 55 52 45 61 52 50 55 45 30,6 52 45 30,6 52 6,7 10

89 75 72 57 49,9 36 82 77 72 72 57 45 72 62 45 62 49,9 36 82 62 49,9 89 82 72 90 82 77 89 72 62 82 72 62 82 66 45 5,5 5 2,5

НУ

I

ооп • ШОС/с

Сmроиmе.7ьные сmат Миним. 09Г2С

Среднее Максим.

1

Миним.

17ГlC

Среднее Максим. Миним.

10ХСНД

Среднее Максим.

2

Миним. 15ХСНД

Среднее Максим. Мин им.

]4Г2АФ

Среднее Максим.

3

Миним.

16Г2АФ

Среднее Максим. Миним.

4

14X2rMP

Среднее Максим. Миним.

5

10Г2ФБ

Среднее Максим.

Миним.

6

10ХНДМ-Ш

Среднее Максим.

Миним.

4

12ГН2МФАЮ

Среднее Максим. Миним.

7

12ХН3МД-Ш

Среднее Максим. Миним.

8

15Х2НМФА

Среднее Максим. Миним.

9

30ХГСН2А

Среднее Максим.

15,5 6,85 4,1 7,8 5,1 2,8 17 6,35 2,85 21,5 7,05 3,65 7,85 5,55 2,6 5,7 3,2 2,05 2,0 0,72 0,44 7,25 6,6 3,7

] 15,5 9,4 5,65 2,45 1 0,86 1,25 0,57 0,3 0,86 0,37 0,22 0,965 0,55 0,535

115 52,5 100 58 35.5 22,5 120 49 23 150 54 29,5 59 43 2],5 44,5 30,5 17,0 16,5 6,45 4 55 50.5 29,5 735 70 44 20 8,85 7,5 11,] 5,15 2,95 14,5 6.9 4,0 8,45 5 4,90

17,3 7,8 4,1 0,2 О О

12,5 7,8 4,1 4,] 0,2 О

4,1 1 О

1 О О

12,5 1 О

17,3 12.5 4,1 22,5 12,5 7,8 17,3 4,1 1 12,5 4,1 1 12,5 О О О О О

26 8,0 3,9 5,7 3,05 2 27,5 7,45 2,7 20,5 5,2 2,65 7,45 4,3 1,9 4,45 2,75 1,5 2,9 0,55 0,26 12,5 9,6 3,5 2]5 13,5 6,65 2,3 1,5 0,72 1,85 0,54 0,24 0,68 0,26 0,155 0,685 0,385 0,375

О

О О

56 23,5 13 16 7,9 3,1 57 2],5 9,2 64 15,1 4,85 24,5 ]3,0 3,45 13,8 6,65 2,25 7,35 1,85 0,79 27 23,5 12,1 420 33 20 8,05 3,5 2,55 4,8 1,95 0,81 3,3 0,42 0,3 0,685 0,385 0,375

105 37,5 21 30 15,6 7,6 95,5 35 ]4,8 100 27.1 12,8 39 23,5 8,5 24 13,2 5,65 13,1 3,4

1,65 53 40 19,1 735 55,5 3 ],5 13 7,25 4,65 8,5 3,25 1,5 5,8 1,] 0,75 1,0 0,55 0,455

ЛЕГИРОВАННЫЕ И ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫЕ СТАЛИ

45 Окончание табл.

Груп-

Критические

Уровень Марка стали

па

250НУ

скорости, ОС/с

легирова-

сталей

ния

00.1

I ОО доп ,

М доп ,

00.2

I

М доп ,

I

%

ОС/с

%

НУ

300

350

10.31

НУ

доп,

М доп ,

I ООдоп ,

3,75 1,05 0,43 1,5 1,7 1,15 1,25 0,56 0,32

49,9 33 7 5,7 5 2,7 27 6 5,2

7,6 2,9 0,69 2,3 2,35 1,35 3,5 0,79 0,46

00 ОС/с

ОС/с

%

Машиностроительные стали Миним.

2,15 1,1 0,61 2,15 2,35 1,55 1,5 0,74 0,455

Среднее

20ХН3А

1

Максим.

Мин им. 30ХМА

2

Среднее Максим. Миним.

25ХIМФ

3

Среднее Максим.

О

18 9,45 5,5 18 20 13 13,1 6,6 4,2

1,5 0,77 0,43 1,55 1,7 1,15 1,05 0,56 0,32

О

О О О О О О О

17,9 4,5 О О О О

2,2 О О

Примечаине. «Миним.», «среднее» и «максим.» соответствуют минимальному, среднему и макси­ мальному содержанию элементов в сталях в пределах марочного состава (см. табл.

Свариваемость легированных сталей

по

основному показателю сопротивляемости ХТ

при

сварке

необходимо

оценивать с

учетом

всех факторов, при водящих к их образованию. Как указано выше, к ним относятся структура, размер

аустенитного

зерна,

ХТ и остаточные сварочные напряжения. Под­ робная информация об этих факторах даны в

разд.

Упомянутые факторы зависят от мно­

1.5.

гих металлургических

логических

товления влияние

сит

и конструктивно-техно­

параметров

сварных последних

(КТП) процесса изго­

конструкций. не однозначно,

противоположный

При

этом

а часто но­

характер,

например

увеличение тепловой энергии сварки снижает содержание время

мартенсита

приводит

Поэтому

к

оценка

в структуре

росту

и

в то же

аустенитного

свариваемости

зерна.

возможна

только на основе расчетного анализа формиро­

вания и развития факторов трещинообразова­ ния

в

условиях

КТП. Такой помощью

плекса

многовариантных

анализ

инженерного

(ИПК)

сочетаний

может быть выполнен программного

«Свариваемость

сталей» (подробно см. в разд.

с

ком­

легированных

1.5).

Далее при водятся примеры расчета тем­ пературы

сопутствуюшего

подогрева,

предот­

врашаюшего образование ХТ в ЗТВ при сварке некоторых сталей в зависимости от металлур­

металлургических

1)

состава

-

стали,

способа сварки, состава сварочных материалов, исходной концентрации диффузионного водо­

рода в металле шва (НШQ ,

CM

3

/lOO г Ме);

2) конструкционных - толщины (о, мм),

концентрация

диффузионного водорода в зоне образования

10.28).

угла разделки кромок (а, О), длины сварного

шва (L ш , мм), а также жесткости закрепления свариваемых элементов (Rfi МПalмм), характе­ ризующей сопротивление стыкового соедине­ ния поперечной усадке;

3)

технологических

Джlсм),

(q/V,

-

времени

погонной энергии

между

проходами

(1",.л, ч), числа и порядка раскладки сварных

валиков (n. ал , одно- или двухваликовые слои), температуры предварительного (Тл . л , ОС) или сопутствующего подогревов (Те . л , ОС). Пример

1)

1. И

с х од н ы е

ностроительные группы

жесткое

элементов

на

закрепление

расстоянии

(Rf = 4· ]0' МПа/мм);

3)

сварка

маши­

(см. табл.

10.28); 8 = 20 мм, а. = 540, L ш = 1000 мм, макси­

2) мально

вид

под

2

: ]; 8; 9 и

д а н н ы е

строительные стали групп

сварки

флюсом

-

свариваемых

50

мм

от

автоматическая

(АДСФ);

погонная

встык

оси

шва

дуговая

энергия

q/V = 13 996, 23 328, 45 100 и 69 984 Дж/см; число сварных валиков n = 12; 7; 4 и 3 соответственно;

гических параметров и КТП процесса изготов­

первый слой одноваликовый, остальные двухвалико­

ления сварной конструкции. При этом показана

вые; время перерывов между проходами 1",.п =

возможность

исходная концентрация диффузионного водорода в

варьирования

и

выбора рацио­

нальных значений следуюших параметров:

шве Н шо =

5 и 8 см'/\оо

г.

0,2

ч;

Г.lава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

46

Температура предупреждаюшая

сопутствуюшего образование

подогрева

Те . п ,

ХТ, принята за пока­

затель стойкости 3ТВ сварных сое.1инениЙ против хт. Результаты расчета с помошью ИПК «Свариваемость

]0.9, а и В. Пример 2. И с х 0.1 н ы е .1 а н н ы е : 1) Строительные стали групп 1; 8; 9 и маши­ ностроите.lьные группы 2 (см. табл. 10.28); 2) 8 = 30 мм. а = 540, L ш = 4458 мм, Rr = = 6· 1о' МПа/мм: 3) АДСФ; q/V = ]3 996. 23 328,45 100 и 69 984 Дж/см; n = 25; 12; 8 и 5 соответственно; ис­ .lегированных сталей» приве.1ены на рис.

ХО.1ная концентрация .1иФФузионного водорода в шве

Н шо

= 5 и 8 см]/] 00 г соответственно; /".п = О (без

Приведенные

увеличение

при меры

погонной

многослойной повышает

показывают,

энергии

сварки

q/ V

легированных

требуемую

температуру

что

в случае сталей сопутст­

вующего ПОilогрева Теп . 'Это можно объяснить влиянием величины погонной энергии сварки

на

отдельные

факторы

трещинообразования.

Положительное влияние

снижение действи­

-

тельных скоростей охлаждения, усиление эф­

фекта автоподогрева и, как следствие, умень­ шение количества закалочных составляющих в

перерывов); первый С.lОЙ одноваликовый, остальные

структуре, ускорение десорбции диффузионно­

двухва.lиковые.

го

Определялась

температура

сопутствуюшего

подогрева Те . п , предупреждаюшая образование хт. РеЗУ'lьтаты

б и

расчета

приведены

на

рис.

10.9,

<.:>.

водорода

из

сварного

соединения

в

период

пребывания при высоких Л:Мllературах. Нега­ тивное

-

влияние

повыщение

рост

уровня

аустенитного

сварочных

зерна,

напряжений,

'-'---

200 /'

..--

150 1---+--+-7'-+--+--+----1

.L ~

..-

2

-

1

50 г-ч----:~-+-+-_+_ о

100

10

20

30

'1-0

I

12

'1-

7

10

50 q/V, кДж/см n

30

20

50 q/v.кдж/см

4-0

I

I

I

I

3

25

12

В

n

5

б)

а)

Тел. ос

3001--+-+,"'--t--7-''''------t-----1

За О 1---+---I---j---,04-""""'~

200 hч--t--+-t--+--I

zО О I---+-,..,q--r-+----+--+---i

I О О '----'-_..I-_'----'-_..I----J 10 70 30 '1-0 50 q кДж/см

/V,

n

12

3

1О О

L--'----'-_-'----'----'---'

10 20 30 4-0 50 ~/v,/(д)/(/сМ

8

25 12

10.9.

5

г)

11) Рис.

n

Зависимость температуры сопутствующего подогрева Те . п от погонной энергии многослойной автоматической сварки под флюсом легированных сталей:

n-

а. стали 09Г2С; 12Х 1МФ; 15Х2МФА (соответственно кривые J. 2 11 3); исходный водород в шве 8 см]/] 00 г, толщина стали 20 и 30 мм соответственно:

в. <' - стали 38ХН3МФА и 35ХГС А (соответственно кривые

в шве 5 см;/ I00 г. ТО.lшина СТа.1И 20 и 30 M~1 соответственно;

4

и

n-

5);

исходный водоро.1

число сварных валиков

q/ V

СВАРКА АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

ственно,

увеличение

их

высоты.

СВАРКА АУСТЕНИТНЫХ

10.3.

сокращение числа сварных валиков и, соответ­

47

СТАЛЕЙ

Последнее

ухудщает условия развития процессов измель­

ХАРАКТЕРИСТИКА АУСТЕНИТНЫХ

10.3.1.

СТАЛЕЙ

чения аустенитного зерна и самоотпуска в кор­

невой зоне предыдущего валика. Одновремен­ но ухудщаются условия десорбции диффузи­ онного этапе

водорода

из

заверщения

сварного

охлаждения

соединения и

в

на

послесва­

рочный период. Анализ результатов компьютерных рас­

четов показывает, что Те . П зависит от металлур­ гических

параметров

и

КТП

производства

сварных конструкций. Для каждого конкретно­ го

сочетания

параметров

существует

только

одно-единственное рещение.

В

руководящих документах различных

отраслей

промыщленности приводятся

мендации

по

низко-

среднелегированных

и

подогреву

свариваемых

реко­

стыков

сталей

перед

сваркой.

В табл.

приведена температура по­

10.32

догрева стыков труб перед сваркой дуговыми способами.

Как видно из таблицы

10.32, Те . П назначена

К аустенитному классу относят высоко­ легированные стали, образующие при кристал­ лизации преимущественно однофазную аусте­ нитную структуру

y-Fe

кристаллической

(ГЦК)

няющие

ее

при

с гранецентрированной

рещеткой

охлаждении

до

и

сохра­

криогенных

температур. Количество другой фазы

колегированного центрированной

- высо­ (8-Fe с объемно­

феррита

кристаллической

шеткой) изменяется от О до жат

(ОЦК)

ре­

Они содер­

10 %.

Сг, обеспечивающего жаро- и

18 ... 25 %

коррозионную стойкость, а также

8... 35 % Ni,

стабилизирующего аустенитную структуру и повышающего жаропрочность, пластичность и

технологичность сталей в широком интервале температур.

Это

позволяет применять аусте­

нитные стали в качестве коррозионно-стойких, жаропрочных, жаростойких и криогенных кон­ струкционных ских,

материалов

химических

и

в

теплоэнергетиче­

атомных

установках,

где

без учета многих КТП изготовления сварных

они подвергаются совместному действию на­

конструкций:

количества

пряжений, высоких температур и агрессивных

щва

сред. Химический состав основных жаропроч­

сварных

погонной

валиков,

энергии,

длины

участков

и

Т.п.

Поэтому для многих сочетаний КТП указанные

ных и коррозионно-стойких сталей приведен в

температуры

табл.

могут

оказаться

излищне

завы­

10.33

и

10.34.

В аустенитных сталях наряду с хромом и

щенными.

никелем

могут находиться

в твердом растворе

или избыточных фазах и другие легирующие

10.32. Температура

подогрева стыков

труб перед сваркой дуговыми способами при положительной температуре окружающего воздуха

элементы:

аустенитизаторы

марганец)

и

молибден,

ферритизаторы вольфрам,

09Г2С

17Г1С

Толщина, мм

Д030

>30

кремний,

азот,

ниобий, ванадий),

улучшающие указанные служебные свойства и действующие

Марка стали

(углерод,

(титан,

Температура подогрева, ос

-

100... 150

на

стабильность

аустенитной

структуры эквивалентно хрому и никелю.

Ферритизаторы

способствуют

формиро­

ванию высоколегированного феррита (8-Fe) с ОЦК-решеткой;

аустенитизаторы

руют аустенитную структуру

(y-Fe)

стабилизи­ с ГЦК-ре­

шеткоЙ.

12ХМФ

ДО

10

-

10 ... 30

200 ... 250

>30

250 ... 300

ДоlО

-

>10

300 ... 350

12Х2МI

15Х1МIФ

20ХМФ

Эквивалентное содержание хрома и ни­

келя (в

%)

подсчитывают по следующим фор­

мулам:

Сгжв =

%

Сг

+ 2(%

Мо

+ % Nb + % AI) +

+ 1,5(% Si + % W) + 5· % Ti + 1 . % Ni экв =

% Ni + 0,5 %

Мп

+30(%

С

У;

+ % N).

10.33.

Массовая ДОЛЯ.

С

10Х14НI6Б (ЭП

694)

$;

0,08

С,

1,0. .1,5

15,5. . 17,0

8,5 .. 10,0

13,0 .. 15,0

14,0 .. 17,0

17,0 .. 19,0

11,0 .. 13,0

13,0 .. 15,0

13,0. . 16,0

1,0. .2,0

0,12

0,75

IOX14HI4B2M (ЭП 257)

0,15

0,80

0,70

15,0 .. 18,0

17)

0,60

09Х 14Н 18ВБР

20X23HI3 319)

0,20

08X23HI8

0,1

40Х18Н25С2 (ЭЯЗС)

20Х25Н20С2 (ЭI1283)

1ОХ 12Н20Т3Р (ЭП 696А)

'ОХ15Н35ВТ (ЭП

612)

ХI5Н35ВТР (ЭП

725)

прочих 'ЭJ1емеlIТО8

1,0... 1,5 0,9... 1,3 Паропроводы

0,02 3,0...4,0

~ ~

0,45 ...0,60 0,005

13,0.. 15.0

1,0...2.0

2,0... 2,75

Трубы, 110-

В

ковки

0,9... 1,3 В

0,005...0,20

0,50

0,5 .. 1,0

14,0 .. 16,0

0,60

1,0. .2,0

13.0 ..15,0

1,0

2.0

22,0... 25,0

18,0... 20,0

4,0...5,0

1.1

0,005 .0,025

В

1,6

0,011 ..0,016

В

Трубы, листовой прокат Паропроводы

-;

"'><

5'=' ...,О

'" "»'" '" "»'"-; '=' "', ""'"'=' » со

1ОХ 141118В2БР 1 (ЭП 726)

IХI5Н25М6А

Т;

13,0 .. 15,0

(ЭП501)

(ЭП395)

Мо

0.07...0,12

IOXI5HI8B4T

(ЭП

Nb

?

IOХ 16Н 14В2БР

(ЭП 695Р)

W

Применение

0,60 0,07...0,12

IOX18HIH

(ЭП

N;

М,

""

%

Марка стали

08Х16Н9М2

...

Химический состав и "рнменение аустенитных жаропрочных сталей для сварных конструкций

2,0... 2,75

0,9... 1,3

12,0. .15,0

0.025

В

Роторы, диски. турбины Камеры сгорания

17.0. .20,0

0,12

0,5 ... 1,0

1,0. .2,0

15,0 .. 17,0

24,0 ..27,0

0,32 ...0,4

1,5

2.0. .3,0

17,0. .19,0

23,0 ..26,0

0,2

2,0... 3,0

1,5

24,0 ..27,0

5,5... 7,0

0,1 ..0,2

Роторы газо-

В

вых турбин Литые реакционные

труб"•

18,0... 21.0 0,10

1,0

0,12

2,3 ..2,8

1,0

10,0 .. 12,5

1.0...2,0

14,0 .. 16,0

34,0 ..38,0

2,8 ..3,5

1,1 .. 1,5

1.0

14.0

35,0. .38,0

4,0. .5,0

1,1 .. 1,5

0,5 ..0,008

В

Роторы

0,6 0,10

Паропроводы

0,25 ..0,005

В

турбии

."

со

О

со

10.34. Химичесl<ИЙ<<><таи I<оррозиоииo-crОЙl<ИХсталей (по ГОСТ 5632-72) МаССО8aJlДОllll.'1 е Тип легированНJI

С

Si

Мо

С.

Ti=.xC-уД

Ni

Мо

Хромоникелевый

08Xl8HIO 08XI8HIOT 12XI8HIOT

Первый балл СТОЙКОСТИ (И"р до О, I MWГOA) 8 65%- н 80%-ной азотной кислоте при

-

~,08

5С-0,7

9,0 .. 11,0

температурах соответственно до

<2,0

17,0... 19,0

03ХI8НП

<0,03

06X18Нl1

<0,06

10,0. .12,0

08ХI8НI2Б

<0,08

11,0 .. 13,0

0,02

10,5 .. 12,5

0,035

-

65 ОС;

(25 % НNОз • 70 % H 2S04 ; 10 % НNO) при

60 ос.

+

400/о-ной фосфор-

100 ос

Первый балл СТОЙКОСТИ в ряде кислот не· высоких

конuеlfI1'3l1ИИ

(5... IО%-ная

келемарганuовый

IOXI4AГl5

и

ОС; смеси азОТНОЙ н серной кислот

-

выА и хромони-

07Х21 Г7AНS

70

+ 60 % H2S04)

Хромомарганцо.

IOXI4Гl4H4T

до

ной кислоте при

Nb-10C-I,1

85

IОО%-ной серной кислоте при температуре

5С-0,8

<0,12 <0,08

КОРРОЗI10НН8.I cтoHKocn.

Р

S не более

13,0. . 15,0

13,0. .16,0

2,8 ...4,5

<0,10

<0,8

14,5.. 16,5

13,0. .15,0

-

<0,07

<0,7

6,0. .7,5

19,5 ..21,0

5,0...6,0

<0,8

<2,0

16,0 .. 18,0

5(С

- 0,02) - 0,6

0,15...0,25 N,

0,02

0,035

0,03

~ 0,030

н

температуры

азотная кислота до

65%-нм

азотн

I ()О/о-ная

уксусная

..

кислота

80 ОС; 58-

прн

кнслота

до

IО%-на.я

фосфорная

кислота

моющих

средствах,

ВОДОПРОВОДНОЙ

при

85

до

20 80 80

и

ОС; ОС;

ОС). воде

ос н в ряде других сред

Хромокикельмcr либденовый: 08Xl7Нl3M2T

<0,08

10Х17НI3М3Т

<0,10

08Х17Нi5М3Т

<0,08

14,0... 16,0

03XI6HI5M3

03Х21 Н21 М4ГБ

<0,03

12,0... 14,0

<0,6

5С-0.7

~

0,3 ...0,6

3,0...4,0

3,5...4,0

Первый балл СТОЙlСОСТИ в 50%-ной ЛИМОН-

0,020

0,035

ной кислоте ПРИ Tк>on; lO%-ной муравЬИНОЙ

5-, 10- и 25%-ной сер75 ОС; 500/0-ной уксусной 100 ОС И В дрyrиx средах

кислоте дО J(Ю О С;

ной кислоте до кислоте до

<0,8

15,0 .. 17,0

-

2.5 ...3,5

0,015

0,020

<1,8 ...2,5

20,0 ..22,0

20,0...22,0

Nb-15C-0,8

3,4...3,7

0,020

0,030

<0,6

7,5... 10,0

21,0...23,0

-

0,02

0,025

8ысококремин· Первый балл СТОЙКОСТИ 8 азотной кислоте

стый:

02Х8Н22С6'

<0,02 5,4...6,7

15Х 18Нl2C4Т1O

0,12... 3,8...4,5 0,17

0,5... 1,0

17,0... 19,0

11,0... 19,0

Содер*aJlке тнтана заак(:кт от 1I:000кчеCJ1lа углерода, азота к нноБJUI

8 металле к

0,4...0,7

0,13 ... О,35А!

0,03

расС'lwrьrв&СТСJl ло формуле, упзаняоА

0,035

конuеНll'ацией >90

% при температуре

100 ос (02Х8Н22С6) н 50 ос (15ХI8НI2С4ТЮ)

до

8 шапке табnмцы,

где Д

-

дpynte.

Г.ыва 10. ТЕХНОЛОГИЯ CBAPКlI СТАЛЕi'111 СПЛАВОВ

50

Совместное ментов

на

действие

конечную

соотношению никелевым

легируюших

структуру

по

называемому хромо­

Cr,,/Ni,••,

)квивалентом, и

с

помошью

турных диаграмм Шеффлера (рис. лой диаграмме

)ле­

оuенивают

струк­

10.1 О).

На

структура стали определяется

стали

нием

Стали.

попадаюшие

А

+

Ф. А

+

М, А

+

структуры

М

в

+

переходные

количественно

образно

области

Ф, обладают смешанной

структурой. Соотношение А ровано

соответственно.

с

+

Ф дифференuи­

помошью

расположенных

линий.

ряда

вееро­

Цифры

над

или

термической

раз~111чают

нитных

иное

сверхвысокое

обработкой.

две

ста,lей:

основные

В

связи

группы

жаропрочные:

с

аусте­

коррозионно­

10.3.2. СВОЙСТВА АУСТЕНИТНЫХ СТА.1ЕЙ

бильно аустенитную, ферритную или мартен­ конечную

то

СТОЙКllе.

попадаюшие в области А, Ф и М, имеют ста­ ситную

и

)тим

координат Сг, •• и Ni жв . Стали.

соотношением

получают

свойство ПРl1НUИПШL1ЬНО раЗЛИЧНЫ~1 .lегирова­

Жаропрочность разрушеНllЮ сяшее

при

сопротивление

-

стали

высокой температуре. заВll­

не только от температуры.

но

и

от

вре­

мени. Механизм разрушеНllЯ металла при вы­ сокотемпературном

длительном

нагружении

имеет диффузионную природу и COCТOI11 В раз­ витии дислокаllИОННОЙ ползучести. Под дейст­

лими линиями указывают количество высоко­

вием температуры. времени. напряжений дис­

легированного феррита (8-Fe с ОЦК-решет­

локаUИll

кой), содержашегося в стали наряду с аустени­

приходят

том

легируюших )лементов и примесей) в резуль­

вает

(y-Fe).

Эта структурная диаграмма описы­

структуры,

получаемые

после

кристалли­

заuии металла сварного шва. Для других со­ стояний

металла

су шествуют

ственно

рис.

(прокат,

аналогичные

отличаюшиеся

поковка,

литье)

диаграммы,

количе­

от

приведенной

на

10.10. Более точно определяют

oCTaTo'IHoe

ко­

личество 8-Fe по ферритному числу с помо­ шью формулы:

FN

=

-18 +2.9(%Сг+ % Мо +0.3 % Si)-

FN -

барьеров. в

взаимодействия

l10ДВИЖНЫМИ вают

их

создавшие

движение с

С

ферритное

+ 20 % N + 0,3 % число,

Мп).

приблизительно

равное проuентному содержанию 8-Fe. Обладая одновременно жаропрочными и антикоррозионными свойствами. аустенитные

с

созданными

«переПО.lзание»

КрИСТ3..1;111ческоЙ

упрочнение.

(совместно

вакансиями. В

решетки

облаком нагревом

которые

обеспечи­

другие

плоскости

на

граниuы

зерен.

Зто при водит к разупрочнению, развитию ло­ кальной пластической деформаuии и охрупчи­ ванию. зерен. из-за

Дислокаuии. создают

выходяшие

микроступеньки

соответствуюшего

контактируюших зерен

- 2,6(% Ni + 35 % где

тате

у

зывание,

поры

на и

граниuы вызывают

изменения

размеров

меЖJеренное

проскаль­

раскрываюшее

микроступеньки

вакансий. В лих УСlОВИЯХ стичность

металла

зависят

прочность И от

пла­

температуры

предотврашения

ползучести

жаропрочность

повышают двумя основными способами:

t::

~ 2't I-"""',.--t---+---+---+---+---+-I.Г)

",,-

+

'-'

6 f6

.....,

+

~

~ и

12 8

1----~o____I----".....-_+--+_+-A-_"'----+_7""''_+

1---+---+""""'-t__---f'-if7f-r-----:j;,.L'---::;...r"'--+~-.:::.t_______1 ~--+----r---t---"~>"!7~-"":-~~h~'+--


'"

">

~41=-\--+---+-+t---+----::"'d---=-1--'=:..-.-+----J---t------1

о

Рнс.

10.10.

4

и

времени. Т.е. от длительности нагружения. Для

:t::

~

в

и трешины. чему способствуют потоки

8 12 16 20 2428 JZ Cr JK 8 = % Cr+% 110 + 1,5'% Si +0,5·"10 Nb

З'+

'+0

Структурная днаграмма Шеффлера для определения фаlОВОГО состава аустеинтиых швов

СВАРКА АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

ограничением вижности

вакансий

диффузионной

(легирование

раствора молибденом,

под­

у-твердого

вольфрамом

и другими

элементами); созданием мостойких

большого

дисперсных

препятствуюших

дислокаций.

переползанию

карбиды

Соответственно

ные стали (см. табл.

и

жаропроч­

нетермоупрочняемые и

гетерогенные,

Коррозионная стойкость сталей металла

воздействию

сопро­

-

агрессивных

сред. Химические составы коррозионно-стой­ ких сталей, приведенные в табл.

\ 0.34,

разра­

ботаны с учетом двух видов коррозии: химиче­ ской и электрохимической. Под

химической

окисление

металлов

коррозией

понимают

внеэлектропроводной

среде (струе горячих газов и т.п.). Она развива­ ется, если образующиеся продукты коррозии

более чем в что

раза увеличиваются в объеме,

2,5

приводит

к

их

периодическому

отслаива­

нию и утонению деталей. Стали, содержащие

> 12 %

Сг, образуют прочную пленку оксидов,

препятствующую проникновению окислителя в

Поэтому при наличии в стали хрома кор­

практически

родность

твердого

гими

держащих

ионы

с

в

жидких и

электро­

опасны

положительным

межкристаллитная и

избирательная

коррозии, раствором

и

структурно­

развивающиеся

по

ослаблены

из

мест кристаллической решетки

в

заряд и разность потенциалов между металлом

и электролитом, препятствующую дальнейше­

му растворению (поляризация). Однако в дру­ гих местах контактной поверхности в резуль­ металла

и

раствора

действуют электростатические силы, при водя­ щие к оседанию на поверхности металла поло-

жительно заряженных ионов (Н ~+ и др.), обра­ зующих нейтральные молекулы Н 2 . Это вызы­ вает деполяризацию и

межатомные

связи.

Так,

го

94 % Сг, обедняет окружаюшую матрицу с 18 ... 25 % Сг. Поэтому составы коррозионно­

стойких

сталей

отличаются

минимумом углерода (до

от

0,02 %),

жаропрочных

являюшегося

для них вредной примесью, либо наличием в стехиометрическом

отношении

стабилизи­

рующих элементов (титан, ниобий), образую­ щих более прочные карбиды, чем хром, что

исключает обеднение твердого раствора хро­ мом. Для обеспечения прочности и стабильно­ сти

аустенита в

ряде сталей

заменена азотом.

Он

часть углерода

препятствует образова­

8-Fe, упрочняет аустенит и не образует в

рассматриваемых сталях

снижены пределы содержания серы и фосфора.

В ряде сталей допустимо ::;\0

% 8-Fe, который

ных

непрерывное действие

температурах, но

охрупчивает сталь

длительном нагреве до температуры

>500

при

ос.

превращаясь в а-фазу, что снижает и коррози­ онную стойкость.

термодинамически

Fe+

электропроводности

локальному

вышает коррозионную стойкость при нормаль­

раствор, что создает на металле отрицательный

тате

к

отрица-

обусловлен и неизбежен переход ионов дефектных

приводящих

обладает высокой концентрацией хрома и по­

границам зерен. При контакте металла с элек­ тропроводным

железе,

со­

расплавах,

тельным зарядами (Н ~+ , SO ~- и др.). Наибо­ лее

одно­

-

в

образование карбида хрома СГ23С6. содержаше­

Кроме того,

Под электрохимической коррозией пони­ кислот

хрома

ками кристаллической решетки, где у атомов

железа

жащие наряду с хромом кремний и алюминий. металла

раствора

элементами,

карбидов.

растворах

Главный

обеднению стали хромом и создающих грани­

нию

растворение

развивается.

стойкости стали

отсутствие его соединений с углеродом и дру­

металл, что обеспечивает их окалино- и жаро­

проводных

не

фактор коррозионной

стойкость. Наиболее жаростойки стали, содер­

мают

(+).

цы раздела между фазами с дефектными участ­

упрочняемые термообработкой. тивление

раствор

(-) -

пяшей 65%-ной кислоте 5 . \ 0-2 г/(м 2 - ч). а же­ леза - \ 05 г/(м 2 . ч), Т.е. в 107 раз выше. розия

разделяют на гомо­

\ 0.33)

гальванической пары: металл

Т.е. коррозии. Скорость коррозии хрома в ки­

тер­

и скольжению

Эту роль выполняют

интерметаллиды. генные

количества

включений-барьеров,

51

10.3.3.

СВАРИВАЕМОСТЬ АУСТЕНИТНЫХ

СТАЛЕЙ Исходя из табл.

и рис.

\ 0.33

10.11

аусте­

нитные стали имеют в основном метастабиль­ ную однофазную структуру, в которой карбид­ ные и

интерметаллидные

сушественные

изменения

фазы

ем. Наряду с особенностями ственно отличаются

литных (табл.

и

по

10.35).

структуры, суще­

аустенитные

стали от пер­

теплофизическим

свойствам

Они имеют существенно мень­

шую температуру плавления

3

претерпевают

при сварке плавлени­

(на

100

раза меньшую теплопроводность,

ОС),

в

но боль­

ший коэффициент термического расширения и

Г.тава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

52

10.35. Теплофизические

свойства конструкционных сталей и сплавов Тип стали (сплава)

Свойства

Температура плавления, К Удельная теплоемкость, кДж/(кг

.

Ст3

18-8

25-20

20-80

1500

1400... 1425

1383 ... 1410

1390

0,42

К)

0,5

0,45 ... 0,63 (в интервале

Коэффициенттеплопроводности, 8т/(м

.

40,3

100...900

ОС)

12,2 100

ОС)

12,6... 16,8

16,3

(при

К)

Коэффициент линейного расширения

а . 106. I/OC при нагреве:

-

от О до

100 ос

12,0

17,3

15,0

11,7

-

от О до

500

ос

13,4

18,5

18,0

13,5

Электросопротивление при

20

0,15

ос,

0,73

1,24

ОМ' MM~/M Температура начала интенсивного

820

1100... 1150

1406

1300

ОК~lинообразования,К Предел. МПа:

-

прочности

:::380

:::550

:::600

:::1000

-

текучести

:::210

:::200

:::300

:::600

б,О', с

".

значительно

большее

противление

(в

электростатическое

со­

раз), а также лучше проч­

5

ность и релаксационную стойкость при повы­

...

шенных температурах. Это вызывает повыше­ ние

временных

сварных

ТИ)(,

и

остаточных

соединениях,

в том

напряжений

числе

при

в

терми­

ческой обработке (отпуск), а также при экс­ плуатации

в условиях теплосмен.

Указанные

факторы обусловливают ограниченную свари­ ваемость,

так

как

затрудняют

сохранение

ме­

ханических и химических свойств при сварке и

вызывают высокую склонность к образованию Тн , Те

_ _ бремя _____

Температура

горячих трешин (ГТ) различной природы: кри­ сталлизационных,

ных,

подсолидусных,

а также трещин

ликвацион­

при термообработке и

эксплуатации.

Рис.

10.11.

Измеиеиие мехаиических свойств

10.3.3.1.

сплавов в процессе кристаллизации шва и

Т, и Т[

-

температуры ликвидуса и солидуса;

а. о н Е - прочность. пластнчность н деформацня метаЛ.та соедннення соответственно;

Тв . г •

TII ,.

TII~' ТН }

-

верхняя н ннжние граннцы

ТИХ,. ТИХ~, ТИХ,

ПРИРОДА И ПРИЧИНЫ гт

РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ

последуюшего охлаждеиия:

Кристаллизационные трещины возникают в

твердожидком

этапе

состоянии

кристаллизации

на

по зонам

завершающем срастания

кри­

сталлитов, обогащенных легкоплавкими ликва­ тами

в

температурном

интервале

хрупкости

СВАРКА АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

53

(ТИХ 1 ), Т.е. в районе неравновесного солидуса

феррита. стали указанных составов претерпе­

Склонность к трешинам воз­

вают, по сушеству, однофазную кристаллиза­

растает при увеличении ТИХ 1 , снижении пла­

цию. что приводит: к формированию крупных

стичности в ТИХ), а также при росте темпа

кристаллитов со слабо развитыми осями второ­

(см. рис.

10.11).

растягиваюших деформаций в ТИХ 1 • совмест­ но

приводяших

к

исчерпанию

пластичности

8

(Е>

min ) и образованию трешин. Эти факторы структурно-чувствительны. Структура металла

шва и 3ТВ зависит от химического состава и теплофизических

условий

кристаллизации.

го

порядка,

значительной

ликваuии

серы

ностью в ТИХ). Наиболее крупное кристалли­ ческое

строение

имеет

центр

шва,

куда

прорастает

ограниченное

число

нии оuенивают по псевдобинарным диаграм­

склонны к ГТ кристаллизационного вида.

Сг

янном содержании железа (рис.

- Ni при посто­ 10.12). Соглас­

ре­

кристаллитов

(рис.

Fe -

в

зультате конкурентного роста выклинивается и

Роль химического состава в первом приближе­ мам состояния системы

и

фосфора по граниuам и весьма малой пластич­

10.13).

Швы с такой струкryрой наиболее

Принципиальные изменения в формиро­ вании

шва получают стали. у

которых соотно­

но этой диаграмме в стабильно аустенитных

шение

сталях с соотношением Сг,,/Ni ж •

фазой при кристаллизаuии является феррит. Из

сталлизация жидкости

протекает

у-твердого

путем

раствора

< 1,12 кри­

выделения до

полного

из ис­

чезновения жидкой фазы. При большем соот­ ношении Сг, ••fNi Ж8

l)'P

< 1,3

в интервале темпера­

между ликвидусом и солидусом последова­

тельно выделяются из

фазы: аустенит и

жидкости две

него

Cr,..fNi ••• > 1,3.

формируется

В этих сталях ведушей

осевая

часть

дендритных

ячеек. где вследствие ликвации меньше никеля.

Этот феррит называется

вермикулярным,

Т.е.

преобладаюшим. Остальная часть жидкой фазы образует

у-твердый

раствор.

В

результате

твердые

междендритный эвтектиче­

ский феррит, который образуется из последних

порций жидкой фазы. обогашенной хромом и никелем по ликвационному механизму.

В условиях ускоренного охлаждения при сварке швы состоят из крупнокристаллической матрицы с остаточным ферритом в виде замк­ нутых выделений по тройным стыкам границ

дендритных ячеек. Несмотря на наличие этого А

ос ,...----,---I-т----+----,

а)

Ni:/o А Рис.

10.12.

Псевдобииариая lIиаграмма плавкости

аустеиитиых сталей при изменении соотношения

Cr,•.JNi,.•. Преврашения при нагреве: /-/- у + 8 - нет; 1/-1/- 8 ---'> у ---'> 8'; I/I-III-у

-

нет

б) Рис.

10.13.

Микрострук-тура в зоне зарож.аення

крнсталлитов

шва на оплавленных

зернах

основного металла (о) н в зоне их срастания лобовыми гранями (В центре шва) Увеличение

200'

(6).

r,laBa 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕС" 11 СПЛАВОВ

54 высокого

градиента

кристаллизации

температур,

феррита

совместной

и аустенита

образу­

Кристаллиты растут скачками. по мере нарас­ тания

термоконцентрационного

переохлажде­

ются столбчатые кристаллиты с весьма разви­

ния; направление роста аустенитно-ферритных

той дендритной формой и высокой дисперсно­

швов

стью (рис.

Кроме того, в междеНДрflТ­

10.14).

ных пространствах, обогащенных хромом, воз­ никает

большое

количество

эвтектического

феррита, который образует сложные. весьма разветвленные

участки

зонам

срастания

столбчатых кристаллитов с осями

второго и

третьего

исключает

порядков

образование

и

по

практически

кристаллизационных

трещин.

повышая пластичность в ТИХ,. После замед­ ленного охлаждения в

храняется

тальной

этого состава со­

остаточного

5... 6 %

феррит

швах

преобразуется

феррита.

в

Ос­

аустенит

в

соответствует закону

постепенно

изменяет

сталлитов на

900

напраВ:lение

изгиба осей кристаллитов снижается. что при­ водит

к

встречному

сталлитов

в

Напротив.

центре

росту шва

однофазным

жимах.

ОС)

образование

ровании структуры

лофизических

кристаллизации.

Она

состоит в их влиянии на зарождение. форму и

физико-химическую

неодно­

родность. Для аустенитных сталей. не претер­ певающих весьма

перекристаллизации

важны

исходная

при

структура

нагреве.

стали,

сте­

«осевых»

ния

и

служат

плоскими

рекристаллизация зерна в зоне нагрева> разнозернистости

в

центре

режима сварки

и

шва (см.

рис.

10.13, 6).

кристаллитов зависит

формы

и

сварочной

от

ванны.

следуюшие

обработки

1000

к

не­

и

рост

ОС, приводяший к

разупрочнению

металла

генных сталях. находившихся перед сваркой в

5... 15 %);

состоянии наклепа на

образование i5-Fe; коагуляция,

растворение

избыточных

упрочняюших фаз: формирование

зародыши увеличиваются, укрупняя зернистую

склонности

(особенно неравномерно растет зерно в гомо­

как результат миграции

основе, когда благоприятно ориентированные

Направление роста

температуры

кри­

для

кристаллитов.

высокой

10.13, а). Рост

зародышами

этих зародышей происходит на конкурентной

структуру

их

повышения

пень нагартовки и размер зерна. Выросшие на

сталлизации металла (см. рис.

свойственны

обратимые изменения:

этапе аустенитизации либо cBapo'lНoгO нагрева зерна частично оплавляются на линии сплавле­

швам

кри­

гранями.

В ЗТВ аустенитных сталей происходят по

швов существен а роль теп­

условий

кристаллитов

причины

мере

Наряду с химическим составом в форми­

срастанию

значительная ликвация. Это главные структур­ ные

(1150

и

передними

отклонения от ортогональности на любых ре­

образованию ГТ в ТИХ,.

высокотемпературной

кри­

По мере увеличения скорости сварки степень

тает однофазную аустенитную структуру после длительной

роста

и измельчает их в центре шва.

твердофазном состоянии. Такой шов приобре­

термической обработки - аустенитизации.

ортогональности к

изотермическоii межфазной поверхности. что

граничных

сегрегатов

границ при росте зерен

с последуюшим расплавлением границ и обра­ зованием

легкоплавкой

карбидной

эвтектики.

также вызываюшей ГТ в ЗТВ. которые в лите­ ратуре принято называть ,1иквационными. Они могут

иметь

место и

в

швах

при

многопроход­

ной сварке.

В ТИХ,

ликвационного типа ГТ весьма

вероятны в шве и ЗТВ при сварке жаропроч­ ных сталей, содержаших титан. ниобl1Й. бор и другие

легируюшие

легкоплавкие

элементы.

карбидные

образуюшие

эвтектики

сложного

состава. что увеличивает ТИ Х ,. При сварке коррозионно-стойких

сталей.

отличаюшихся большой гомогенностью, более вероятно

обрюование

подсолидусных

ГТ. за­

рождаюшихся в твердофазном состоянии непо­ средственно после затвердевания, если наблю­

дается снижение пластичности. Т.е. ТИХ!. Его Рис.

10.14. Микростру ...-тура аустеиитного шва, 5...6 % o-Fe, увеличение 200'

содержащего

образование

вызывается

зафиксированной

неравновесностью.

кристаллизацией.

которая

в

СВАРКА АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

5S

сплавах с высокой диффузионной подвижно­ стью атомов основы на

этапе охлаждения мо­

жет ре.lаксировать миграцией границ криста.l­

литов в БО.lее равновесные положения .Jиффу­ Зl1ОННЫМ путем. Миграция границ в новые по­ .10жения при водит к

месеЙ.

а

накоплению на

продолжаюшаяся при

пластическая деформация

них

при­

ОХ.1ЗЖ.Jении

инициирует выход

дислокаций на границы совместно с облаком легируюших элементов и примесеЙ. (Это явле­ ние НЗ1ывают «(Дислокационнымтранспортом».)

Границы зерен. сформированные в шве в а)

результате миграции, как правило, не совпада­

ют с зонами срастания кристаллитов, выявляе­

мыми по следам дендритной кристаллизации

(рис. или

химическим

травлением

из-за

уровня сегрегации, развиваюшейся указанным ния

механизмам

металла

сиями.

8,

Е

r-------------...,

Их легко обнаруживают тепловым

10.15).

вследствие

ростовыми

и

высокого

по выше­ пересыше­

тепловыми

контролируюшими

вакан­

диффузию

атомов

основы (миграцию границ) и движение дисло­

каllИЙ.

В

результате

выхода

дислокаций

на

границу формируются ступеньки и изменяются размеры ваюшие

зерен

по

:1ИНИИ

межзеренное

их

контакта.

проскалыывание.

рое раскрывает ступеньки

в

поры

и

вызы­ кото­

трешины,

развиваюшиеся в дефект с помошью притока

'/

вакансий.

/'

."..

.......... \.-- --Е'

Металл шва в таком состоянии имеет ма­ лую пластичность в интервале

1200 ... 900

ос

б)

(ТИХ~). что при действии сварочных деформа­ ций

ПРIIВОДИТ к

ГТ

диФФузионно-дислокационной

также

образованию твердофазных

называемых

рис.

10.15.

при

многопроходной

при роды,

подсоmЩУСНЫМlt

(см.

а). Наиболее часто они возникают сварке толстолистового

металла, когда повторный дуговой нагрев вы­

зывает пластическую деформацию в

металле

Рис.

Микростр~· .._тура метаЛ.lа

10.15.

многопроходного шва в районе ГТ по граниuе зерна на фоне элементов кристаЛ,lнзаuионной дендрнтной струКТ)'ры. Металл шва

08X18Hlor6T.

-

сталь

увелнченне 500' (а); измененне

пластнчностн 8 н развнтие деформаuий Е н 1;' в проиессе термообработкисварных соединеннй сталей, подверженныхдисперснонному

шва предыдушего прохода вследствие релакса­

упрочненню (6)

ции сварочных напряжений. а также нагревает его до околосолидусных

температур.

иниции­

руя диффузионные процессы. снижаюшие пла·

IO.'J.~. ТРЕЩIIНЫ ПРIf ТЕРМООБРАБОТКЕ

COEДl1HEHlfH

стичность.

Ускоренное

ОХ.lаждеЮlе

шва.

легирова­

ние металла элементами (марганец. молибден, азот). повышаюшими энергию активаЦИl1 про­

При сварных

термической узлов,

пряжений

имеюших

обработке

жестких

концентраторы на­

(непровары. подрезы. трешины

11

цессов диффузии и снижаюшими энергию зе­

пр.). из жаропрочных ста.lеЙ. СО.Jержаших кар­

фектов упаковки (частичных ИЛlI разорванных

БИ.JооБразуюшие

дислокаций).

молибден).

подавляет

развитие

высокотем­

'ыементы

(титан.

ниобий.

на этапе нагрева в интерва.lе тем­

пературной :ШС.l0кационноЙ ползучести и пре­

ператур

.Jотврашает образование ГТ в ТИХ:-

трешин по С,1едуюшим причинам:

650 ... 800

ос

возможно образование

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

56

сосредоточению металла,

вызываемых

напряжений их

и

накопление

рис.

в

3ТВ

деформаций

релаксацией

повышенной в процессе

сварочных

прочностью

отпуска

шва;

показано

на

необратимым изменениям при сварке в 3ТВ (рост зерен, сегрегация, оплавление гра­ ниц, формирование из ликватов плоских кар­ бидов

по

границам.

аустенитных

зерен

обеднение

хромом

к

выделению

и

периферии

соответственное

избыточного углерода

из

(рис. J 0.17),

OSE

образованию карбидов. сегрегации примесей, что вызывает под действием напряжений ох­ рупчивание в

о линиями f: и Е';

10.15,

щие

твердого раствора по линии

УС.10ВI1ЯХ высокотемпературной

ползучести.

Наиболее вероятны трещины при отпуске сварных конструкций из легированных титаном и

ниобием

жаропрочных

сталей

(12Х 18Н I от,

ХI8Н9Б. ХI5Н35В3Т). Стали П1Пов

Xl6H9M2

снижение сопротивления ползучести в металле

и 08Х 16Н 13М2Б, не содержащие титана. менее

3ТВ);

склонны к дефектам этой природы. дисперсионному твердению объемов

10.3.3.3. ОХРУПЧИВАНИЕ np~1 ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

зерен в процессе медленного нагрева и дефор­

МИр()Rания

при

температур

600 ... 800

термообработке

в

интервале

Различают

Ос. что интенсивно сни­

жает пластичность в связи с упрочнением объ­

диационное

емов зерен. переходом деформации к

аустенитных

схеме

межзеренного проскальзывания (линия о). Ис­

черпание пластичности (пересечение линий О и Е) в процессе термообработки в зоне концен­ трации

деформаций

вызывает

образование

трещины. Такой механизм охрупчивания ме­ талла

наблюдается в

600 ... 800

ОС, т.е.

твердения (СМ. рис.

в

интервале температур

ТИХ]

10.11).

-

дисперсионного

Длительный нагрев

!\1еталла шва и 3ТВ в интервале

600 ... 800

ос

возникает при эше а также дуговой много­ проходной

сварке

толстостенного

металла,

когда отдельные слои многократно нагревают­

ся

(рис.

до

сенсибилизационных

10.16)

температур

и медленно деформируются. Это

усиливает ilиффУЗlюнные процессы, приводя-

количество

сталей,

чившее

нагреве

В

в

ферритной интервале

475-градусной

11

600

металл

шва.

содержащий

ферритную

охрупчивается вследствие ее

распада,

200 О Рис.

JU/)A

50

у-фаз и образованию интерметаллида

а-фазы по схеме: o-Fe Этот

процесс

зерен

и

-+

обедняет

Me~)C6

приво­

хромом

трескивания в агрессивной среде.

I~~ V

150

+

FeCr -

а (Fe. Сг). периферию

создает опасность коррозионного рас­

J

100

ос

фазу.

дящего к выделению карбида на границе а- и

5~ ~~~ r---.... 8/ J ~ ~ "/1 1/ r-t:=-:---::::

't00

хрупкости.

При длительном нагреве до

f

Zr

при

температур

550 ОС 650 ... 900

при кратковременном lIaгpeBe до

1200

ВОО

некоторое

фазы.

Она имеет обратимый характер и устраняется

о

1000

ра­

швов

ос происходит охрупчивание. полу­ название

Т, ОС

14-00

и

металле

содержащих

(8 ... 10 %)

длительном

300 ... 500

высокотемпературное

охрупчивание.

200

250

t.

10.16. Термические циклы в корие шва при МИОГОПРОХОllИОЙ сварке стали 08Xl8HIOT толшииой <5 = 16 мм: () - корень шва: I - 8 - соответственно первый - восьмой швы

с

СВАРКА АУСПНИТНЫХ СТАЛЕЙ

57

Т:С ~:d'1

1'>00 1200

800 600

./

r

V

lf(+"lfuptrUdbI

0,5

I

3 5

10

(Jремя

15

'+KUp(fUtJbI

.....

..... ........ cr - lfuptJud.,

50

100

оmПIjСlfQ,

500 1000

ч

15)

..... .

'+

tE:R4€tI

VE Г7Г

V

/

400 гоо

11I\+

7Лг

1000

Ж"'lfUРtru~~~

)/(

;..-

~

Рис.

10.17. Сиижеиие

растворимости углерода в аустените

при понижении темпера"f)'РЫ (о); темпера"f)'рио-временной

......

интервал выделеиия карбидов при сеисибилизациоииом

.... I а 0,1 о.г 0,3 0,4 0,5 0,6 0,70,8 Fe-18'-;'Cr+8'"/'Ni й) С, % 0,0/"1. I

~

нагреве аустенитизированной стали 12Х18Н10Т

(6).

Заштрихованы области максимальной чувствительиости

к межкристаллитной коррозии

Послесварочная гомогенизация швов, со­

держащих

8-Fe, по режиму аустенитизации

снижает скорость этого охрупчивания, а также

восстанавливает

пластичность

сигматизиро­

ванного шва. Швы с аустенитно-карбидной и

боридной структурами имеют большую ста­ бильность свойств в процессе длительной вы­

сокотемпературной эксплуатации (до при

700

1000

ч

ОС). Швы с однофазной структурой,

легированные молибденом, также обнаружи­ вают снижение ударной вязкости при 650 ... 750 ОС в течение 5 . 103 Ч, что связано с выпа­ дением дисперсных вторичных фаз.

В металле 3ТВ аустенитных высокотемпературной

ле

ос имеет место склонность к ло­

550 .. ,700

кальным

сталей при

эксплуатации в интерва­

разрушениям

околошовной

зоны

(ЛРО3). Они аналогичны трещинам, образую­ щимся в 3ТВ при термической обработке, fЮ возникают

при

циклическом

нагружении

в

Рис.

условиях теплосмен и концентрации деформа­

10.18.

МИКРОСТРУК"f)'ра миогопроходиого

соедииеиия в райоие локальиого разрушения

стали 08Х18Н10Т толщиной Б =

ций в 3ТВ, когда металл шва более жаропро­ чен, чем металл в 3ТВ, претерпевший оплавле­

темперЗ"f)'ре

650 ос.

12

мм при

Увеличеиие 50'

ние по границам зерен и выпадение карбидов

из ликватов. При медленном нарастании де­

Под воздействием нейтронов. а-частиц в

формации в ОШ3 развивается ползучесть, на­

кристаллическойрешетке металлов образуются

блюдаются межзеренное проскальзывание по

в

сегрегированным границам зерен и зарождение

атомы водорода, гелия, а также вакансии, по­

трещин (рис.

скольку атомы твердого тела выбиваются из

10.) 8).

Радиационное охрупчивание имеет место в

результате ядерных реакций трансмутаuии

своих регулярных положений и

переходят в

конструкциях из аустенитных сталей, дли­

междуузлия; это повышает прочность и снижа­

тельно находящихся в активных зонах ядерных

ет пластичность основного металла и особенно

реакторов,

сварных швов. В гомогенных сталях указанные

где

они

подвергаются

нагреву

и

нейтронному облучению, что при водит к ох­

неблагоприятные

рупчиванию металла

свойств могут быть устранены при нагреве до

и

снижению его

ваемости в этом состоянии.

свари­

0,5 Тпл ,

где ТП1

-

изменения

механических

температура плавления.

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

58 Для

дисперсионно-твердеющих

содержащих

цветные

сталей,

ниобия и обеднению хромом прилегающих к

никель, титан, алюминий), изменения наиболее

границам периферии зерен. Обедненные хро­

снижается

Особенно резко при облучении

длительная

восстанавливается

нагрева.

(кобальт,

водит к образованию карбидов хрома, титана,

бор,

существенны.

металлы

Больщую

прочность,

после

которая

не

соответствующего

работоспособность

в усло­

мом участки твердого раствора и карбиды яв­

ляются объектом коррозии, они занимают узкую зону в 3ТВ, где локализуется межкристаллитная коррозия, получивщая название «ножевой».

виях нейтронного облучения имеют стали типа

25-20 с ниобием (Nb ::: 10 % С) или 15-35 с малым содержанием (::;0,02 % С).

стали типа углерода

Свариваемость облученных сталей (свар­ тельно ниже, чем у необлученных. Имеют ме­ сто пористость в результате выхода в литой

-

ГТ по ме­

ханизму гелиевой хрупкости.

При выборе химических составов свароч­ ных материалов следует учитывать требования по обеспечению как свариваемости, так и рабо­ тоспособности соединений под радиационным воздействием.

нию

состава

При эксплуатации сварных соединений в

агрессивных средах наиболее опасна межкри­ сталлитная коррозия металла щва и 3ТВ в двух коррозия

в 3ТВ и

под напряжением.

Ножевая коррозия поражает слой металла

3ТВ в зоне максимального

нагрева ~ 1250 ос.

При этом нагреве, существенно превыщающем температуру аустенитизации,

и

восстановлению, хотя

и

ниц зерен. Уровень стойкости против межкри­ сталлитной

6032-89

происходит

коррозии

оценивают

по

ГОСТ

методами АМ, АМУ, В, ВУ, ДУ, Б.

По методу АМ образцы со щвом выдерживают

в кипящем водном растворе с ч, после чего изгибают на

15 ... 24

S04 + H2S0 4 900. Наличие

трещин служит браковочным признаком. Дру­ гие методы отличаются по составу травителя и

длительности его действия.

Коррозионное

растрескивание

является

следствием

под

на­

циклического

эффекта

в

агрес­

сивных средах. В местах контакта среды с ме­

В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ

коррозионное растрескивание

стали

механоэлектрохимического

10.3.3.4. ХРУПКИЕ РАЗРУЩЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ

ножевая

соединений

татков сегрегатов на участках оплавления гра­

пряжением

ее разновидностях:

сварных

неполному, коррозионной стойкости из-за ос­

ка необходима при ремонте агрегатов) значи­

металл водорода и гелия, а в 3ТВ

Аустенитизация

при водит к растворению карбидов, выравнива­

таллом 3ТВ, имеющим отмеченную выще не­ однородность,

и

на

участках

концентрации

пряжений в сварных соединениях (рис.

на­

10.19)

образуются микротрещины в результате функ­ ционирования микрокоррозионной пары:

щина трещины (анод)

-

вер­

остальная поверхность

под пассивирующей оксидной пленкой (катод).

Накапливающиеся на аноде продукты корро­ зии закупоривают трещину и расклинивают ее.

Связь между разрущающим напряжением

рост

зерна диффузионным путем, что при водит к

ар

обогащению границ зерен элементами с малой

но-стойких сталей описывается зависимостью,

диффузионной

подвижностью

и

оплавлению

границ, фиксируемому снижением прочности до нулевых значений. По убыванию скорости

объемной

диффузии

располагаются

в

легирующие

следующий

ряд:

элементы молибден,

и

временем до разрущения для

приведенной на рис.

10.19,

коррозион­

б. Напряжение акр

является пределом длительной коррозионной стойкости материалов.

Сварные соединения аустенитных сталей могут быть подвержены этому виду межкри­

кремний, хром, марганец, титан. Следователь­

сталлитной коррозии в водных растворах хло­

но, в титаносодержащей стали следует ожидать

ристых солей, растворах щелочей, некоторых

обогащения границ титаном, а в других сталях

азотно-кислых солей и др., а также в паровой

-

хромом. Одновременно выравнивается концен­

фазе.

трация углерода в объемах зерен. При после­

В

наибольщей степени склонны

к рас­

дующем замедленном охлаждении в интервале

трескиванию сварные соединения аустенитных

температур сенсибилизации

хромоникелевых сталей типов

так

называемом

(600 ... 900

провоцирующем

ОС), или

повторном

а

также

18-1 О, 17-13-2,

хромоникельмарганцовая

сталь

нагреве до этой температуры, в процессе мно­

10X14Гl4H4T, для которых характерно низкое

гопроходной сварки, эксплуатации или термо­

отношение акр/а.

обработки растворимость углерода в аустените

ритные и аустенитно-ферритные коррозионно­

резко снижается (см. рис.

10.17),

что увеличи­

вает его концентрацию на границах. Это при-

(0,25 ... 0,4).

Напротив, фер­

стойкие стали и их сварные соединения прояв­

ляют

высокую коррозионную стойкость (см.

СВАРКА АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

59

Коррозионно-стойкие шиеся

повышенной

применение

и

при

стали,

отличаю­

гомогенностью,

наХО!lЯТ

криогенных температурах,

также создающих опасность хрупких рюруше­

ниЙ. К числу основных требований, предъяв­ ляемых

к

сварным

соединениям

аустенитных

сталей криогенного назначения, относят опре­ деленный комплекс механических свойств, а

именно: сочетание высокой исходной прочно­ сти (при

20

ОС), пластичности, вязкости при

температурах до

-269

ОС и малой чувствитель­

ности к концентрации напряжений. При оценке механических свойств важно установить соот­ ношение между хараlПеристиками, используе­ мыми для расчета конструкции, и склонностью

материала к концентраторам напряжений или

хрупкому разрушению, оцениваемому ударной вязкостью по

ГОСТ

9454-78

на трех видах

образцов: с надрезами радиусом

и)

1,0 мм (KCU), (KCV) и с трещиной (КСТ). На рис. 10.20 приведены данные, подчер­

мм

0,25 <Jrr-

-.

кивающие преимущества аустенитных сталей в

соотношении предела текучести при

20

ОС и

ударной вязкости образцов с трещиной (КСТ) при

-253

ос среди четырех основных классов

коррозионно-стойкихсталей и сплавов в крио­ генной

технике: аустенитных сталей

500 ... 550

лсвой основе с а т ДО

Аустенитныестали

(а т

до

МПа), сплавов на желеЗI!ОЙ и нике­ МПа, в том числе

700

дисперсионно-твердеющих, а

также

аустен итно-мартенситного

мартенситного

классов (а т до

1150 ... 1200

и

сталей

МПа).

т

о) Рис.

10.19.

Микроструктура участка 3ТВ с

коррозиоиным

растресt;иванием

стали

08XI8HIOT, увеличеиие 50' (о): а кр =/(1) - зависимость разрушающих

напряжений от времени испытания при !>оррозионном растрескиванни (о)

рис.

) О.) 9).

С POCTO~1 содержания нике.1Я в ау­

стенитных ста.1ях

<J' r

OL...-_....L...-_....L.._---I.._---1_--1

повышается. I\спытания

200 400

металла соединений на коррозионное растрес­ состоят

26924-84

в выдержке образцов под напряжени­

Рнс.

ем в коррозионной среде и определении а кр ,

при

при водящего время.

к

в

соответствии

разрушению

за

с

ГОСТ

определенное

600

800

1000 бт,мПа

кивание

10.20. Соотношенне меЖд}' значениями КСТ -253 ос с пределом текучести при 20 ОС для

основных классов коррозиоино-стойких сталей и

cn,laBoB,

применяемых в криогенной техиике

Г.lзва 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

60 10.3.4. ТЕХНО.1ОГИЯ

СВАРКИ И СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ

10.3.4.1.

80/2

ВЫБОР СПОСОБОВ И РЕЖИМОВ СВАРКИ

При выборе способа сварки

плавлением

аустенитных сталей необходимо обеспечить их свариваемость.

Т.е.

предотвратить

б

bo'''----+-'''''--±-----:........'----t----t--...., 7О

41-----f--7Ч''--...:''''''--+---+--t-+-----1

трещины

различных типов в металле щва и ЗТВ как при сварке, так и при эксплуатации

сварных соеди­

нений. При этом главное внимание обращают на технологическую как

ее

уровень

прочность

по

закону

при

сварке. так

наследования определяет в существенной мере все другие структурочувствительные соединений

(жаропрочность,

свойства

коррозионную

стойкость и др.).

При выборе способа сварки следует стре­

Рис.

уменьщить температуру

бенно

-

угол срастания кристал,титов B~p

перегрева

-

проходной

сварке.

а

валиками

также

различными

2

8° / 2 в

швов,

центре шва и

критический темп сопротивляемости образоваиию ГТ в ТИХ,:

I - 6-

и осо­

схемы кристаллизации для различных режимов (ЧУ,в)

менением лазерной, электронно-лучевой свар­

охлаждением

500 1000 Q' Vсв,кал·енjс

Влияиие режима одиопроходной

10.21.

время нагрева. Этого достигают при­

ки. дуговой ниточными

гао

/00

сварки на схему кристаллизации

миться к минимизации погонной энергии, что­

бы

30

а

технологического

[сВ, А

при много­

принудительным

способами.

БОа

Наи­

больщие возможности в этом плане имеет кон­ 400г--+'-----'I6

тактная сварка. Однако при сварке толстолис­ товых конструкций типа сосудов ее примене­

2 О О I-----::'----I--~

ние ограниченно.

При выборе режимов сварки плавлением главная задача условиях

исключить появление

-

малой

погонной

сварка с больщими

энергии.

скоростями

гт в

О

Однако

недопустима.

Рис.

10.22.

так как для сталей любого класса она при водит к

образованию

неблагоприятного

встречного

срастания в центре щва двух фронтов кристал­ лизации. (рис.

образующего

10.21).

лыми

зону

«слабины»

При однопроходной

сварке с ма­

скоростями

никновение

следует

осевых

предотвращать

кристаллитов.

ся с двумя фронтами кристаллитов

щим углом

8° / 2.

1

под боль­

Значительная разориентиров­

ка между осевыми и боковыми кристаллитами уве.1ичивает

ликвацию

по границам.

плотность

пере\lешивание.\l:

то же с 1.теКll'омаГНИТНЫ\1

то же при вводе ндентичной

Снижение силы тока менее результатив­

но. Обобщенным критерием режима ЯВ.lяется произведение

дящееся

рис.

qV CB -

на

энерговложение.

секундную

Чем больше

10.21).

длину

qv.

тем

прихо­

шва

(см.

ниже стой­

кость против образования ГТ в металле шва и

благоприятны схема кристаллизации с изгибом

сварки

кристаллитов

qV"B

стания в центре щва близок к нулю, и много­

3-

прнсадкн в ванну

ЗТВ.

при котором их угол сра­

2'+ зz VеВ,нjч

Ктияние СИ.1Ы тока и скорости сварки

I - CB-UXX 1ХН IUГб Т: ] -

ростовых дислокаций и вызывает гт. Наиболее

(2, 3),

16

на образование ГТ в мета.Т.те шва:

воз­

стыкующих­

8

Его значимость для дуговой и лучевой обусловлена тем.

растут

длина

что с

ванны,

сталЛl1Тов в центре шва, а

угол

TalOKe

увеличением встречи

кри­

темп растяже­

слойная сварка с полным охлаждением шва при

ния металла ЗТВ в ТИХ. При однопроходной

выполнении последующего.

сварке тонких листов без присадки косвенным

Совместное влияние силы тока и скоро­

сти

сварки

на образование ГТ

схемой на рис. регулирование

10.22.

Наиболее

скоростью

жет быть уменьшена до

6

сварки.

представлено

критерием

угла

встречи

кристаллитов может

служить радиус кривизны изотермы сварочной

эффективно

ванны, определяемый по форме чешуек на сво­

которая

бодной поверхности шва. Чем больше радиус

мо­

м/ч при сварке ста·

лей. весьма склонных к образованию гт.

кривизны. тем

выше

сопротивляемость гт.

При уточненном выборе режимов необходима

СВАРКА АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

количественная

выполняемая

оценка сопротивляемости

по ГОСТ

деления В кр -

ГТ,

путем опре­

26389-84

61

рекомендован при дуговой, электрошлаковой и лучевой сварке.

критического темпа растяжения

10.3.4.2.

вТИХ 1 •

ВЫБОР СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Конструкции из жаропрочных сталей, ра­

Повышение сопротивляемости образова­ нию ГТ и механических свойств может быть

ботаюшие при температурах до

достигнуто также внешними технологическими

вают сварочными материалами, обеспечиваю­

щими в швах обязательное присутствие 2.. .4

воздействиями: перемешиванием путем

механического

сварочной

или

5... б

ванны

электромагнитного

воздействия (магнитная индукция частота

ОС, свари­

600

0,05 ... 0,07

Тл,

ферритной

фазы

(для

предотврашения

сварки

гомогенных

жаропрочных

сталей

внешних и

внут­

ми с регламентированным количеством

воды

приведены в табл.

введением в

ванну

Наиболее

(при сварке в зашитном газе) и твердого приса­ для

ускорения

кристаллиза­

Рекомендованы следуюшие режимы по­ дачи присадки:

место

заданное

количество

флюсом необходимо учитывать долю участия

ввода

~ 1/3

длины

вать

ванны

за

присадки

до

осью дуги;

металла

марки

полнении

подаваемой

от расхода электрода;

корневых

основного чивание

нагрев присадки до

0,9

от температу­

ры солидуса; присадки

сжатия

5... ]5

в

ванну

МПа.

под

Ввод

напря­

присадки

металле

и

таких

и

варьиро­

при

облицовочных

Чтобы

швов

шва

проволоки

отличающихся

металла.

в

по

доле

электродам

с

вы­

швов, участия

исключить

результате

ции, не следует: допускать предпочтение

подача

в

присадочной

сушественно

количество

10.36.

просто

b-Fe

10.37.

обеспечивают при сварке штучными элек­

основного

диаметр проволоки],4 ... 3 мм;

жением

b-Fe

и

10.36

тродами. При сварке в зашитных газах и под

ции ванны.

70 %

ау­

стенитно-ферритными сварочными материала­

Гц);

металла

в

металле шва). Типы сварочных материалов для

ренних стоков теплоты подачей струи дочного

%

ГТ

охруп­

сигматиза­

>4 % b-Fe, отдавать минимально

допус­

тимым содержанием элементов-ферритизаторов, а также подвергать

швы аустенитизаuии.

Электроды, при меняемые для сварки аустенитных жаропрочных сталей, и свойства наплавленного металла

Марка стали

Марка

Тип наплавленного

электрода

металла

Темпе-

Длительная

ратура

прочность, МПа

тания,

12Х]8Н9 12Х]8Н]2Т

10'

600

220 ]70

]40

650

110

80

БОО

-

550 ЦТ-2б

10Х1БН9М2

08Х16Н9М2 12Х16Н13М2Б

35Х19НIОМ2Б

ЦТ-7 КТИ-5 ЦТ-5

ч

10 ч

ос

MeTa.'~la

]БО

650

130

160 90

12Х20НlОМВФБ

600

220

220

]ОХI8Н11М2Ф

Структура наплавленного

испы-

2 ... 4 % Ь-феррита

3 ... 5 % Ь-феррита

12Х]6Нl4В2БР

ЦТ-16

10Х]8НlОВ2Б

600

]2Х]БН2В2Б

ЦТ-25

12Х16Н9В4Б

650

170 ]60

130 ]30

10ХlБНlБВ2БР

ЦТ-23

12Хl5Н146В2Б

6БО

130

100

12ХI5Н25М6А

ЦТ-10

12Х15Н25М6

650

12Х]4Н20В2БР

АЖ-]3-]8

12Х14Н]8В2Б

650

150 ]80

120 130

карбидов

180

(интерметаллидов)

12Х15Н35В3Т2

КТИ-7

20Х25Н20С

ОЗЛ-9А

25Х20Н35С

ЦТ-28

30ХI3Н35В3Б2

650

220

40Х25Н6П

900

110

06Х15Н60М]5Вб

950

]40

-

2.. .4 %

r'laBa 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

62

10.37. Сварочные

материалы для сварки жаропрочных сталей Марка

ста,lИ

флюса

проволоки

08Х18Н9Б

АН-18; 48-0Ф-6М

09Х16Н9М2

08Х16Н8М2

АН-26; 48-0Ф-6; ФЦ-17

08X18H10;

08Хl8Н12Б

10Х17НI3В2М

08Х15Н9В4Б

АН-18

12ХI8НI2Т; 20Х23Н18

'ОХ16Н25АМ6

АН -18; 48-0Ф-6М

08Х15Н35В4Т

06Х15Н35ПВ7МЗТ

48-0Ф-6М; АНФ-23

10ХI5Н24В5Т2Рl

06Х 15Н24В5Т2Р 1

20X23Нl8

08Х25Н20С2Р 1

20Х23Н35С

07Х25Н50М9К9Б2ГЗ; ЭП

АНФ-23

883

...,

Для конструкций из гетерогенных жаро­

9

температурах

:х:

700 ... 750

ОС, при меняют струк­

с:>

вредным

примесям

специальной

технологии выплавки.

'-'

!

~

Рис.

10.23.

:х:

~ "<

~ "<

с:> I

..,'i'

~

~

'i' .., ...,

с»

:х:

"<

"< ....

...'-' с:> I

~ 1-

!-

'"

~ ~

:х:

1-

Повышенную

при

с;

'-'

вания ГТ обеспечивают повышением их чисто­ по

>< I

стойкость швов такого состава против образо­ ты

с»

..,""'i' ..,

и аустенитного классов с учетом их склонности

трещинам.

:х:

'""<

аустенитно- карбидного, аустенитно-боридного подсолидусным

'" '"~

с»

турно более стабильные сварочные материалы

к

....,

'"

прочных сталей, длительно работающих при

1<)

ос>

'-'

'-'

'"~ :х:

1-

'"~ :х:

"< ....

...'i''-'

"<

~

~

R:I

Сравнение скоростн ножевой коррозии

в кипящей 65%-ной азотной кислоте

Для однофазных аустенитных сварочных

(столбик без штриховки) и коррозии шва для

материалов, при меняемых для сварки сталей,

сварных соединений ряда хромоникелевых сталей

не содержаших ниобий, стойкость против гт в

и сварочных материалов (штриховка)

шве получают путем легирования молибденом

и марганцем, а также рафинируюшими пере­

составу отличающихся

плавами и добавками редкоземельных элемен­

ла. В табл.

от свариваемого

тов. Для сохранения легирующих элементов в

выбору

швах

способами коррозионно-стойких сталей.

используют

безокислительные

инертные

защитные

галоидные

флюсы

газы

и

материалов

При

ФЦ-17,

сварке

ФЦ-18. АНФ-5, 48-0Ф-6М и др., а также ввод

аустенитности.

сварочной проволоки в

16

ванну в твердом со­

стоянии, минуя капельный перенос в столбе

ется

марганцем, При выборе электродов для сварки кон­

струкций из коррозионно-стойких сталей необ­

для

сварки

сталей

с

особенно

различными

большим

толщиной

мм, высокая трещиноустойчивость

дуги.

при:

легировании

содержания

швов

молибденом, серы

(до

кремния (до

0.0\ %),

метал­

приведены рекомендации по

10.38

запасом

>14 ... достига­

дополнительно

азотом; ограничении

0,010 %), фосфора (до 0,2 ... 0,3 %); исключении

ходимо получить бездефектное соединение, в

из них титана, ниобия, алюминия, а в ряде слу­

котором металл шва и ЗТВ удовлетворяет по

чаев

антикоррозионным

составу

предъявляемым

ции

к

конструкции.

свойствам нему

требованиям,

условиями

Соотношение

эксплуата­

химической

шва.

при

использовании

и

структуре

композиционного

многослойного

В последнем случае

70 ... 80 %

по

металла

сечения

шва ((несущие» слои) выполняются с приме­

прочности ряда композиций представлено на

нением

рис.

химическому составу от свариваемой стали и

10.23.

Вследствие повышенной склонно­

сварочных

материалов,

отличных

по

сти аустенитных швов к образованию ГТ, по­

обеспечивающих

ниженной их коррозионной стойкости, трудно­

структуру. Остальная часть шва, обращенная в

сти легирования легкоокисляющимися элемен­

сторону агрессивной среды, выполняется мате­

тами (алюминием. титаном и др.) часто ориен­

риалами,

тируются на получение швов, по

свариваемой стали.

химическому

близкими

аустенитно-ферритную

по

химическому составу

10.38.

Рекомендуемые сварочные материалы дли дуговой сварки коррозионно-стойких сталей Сварка

Требовании к МаркаLI3JIИ

сварным

Jлектродуговаи

соеДИltСНИJlМ

'Электрод (ГОСТ

08XI8HIOT (ОТ

Стон кость про-

06XI8HII

ТИВ общей и меж кристаллит-

ной коррозии

Э-08Х20Н9Г2Б (ОЗЛ-7, ПЛ-II), Э-08Х 19Н 10Г2Б Э-02ХI9Н9Б

(UT-15),

Э-02Х19Н9Б (АНВ-IЗ)

Э-02Х21 Н 'ОГ2 (ОЗЛ-22),

тив общей кор·

Э-07Х20Н9 (ОЗЛ-8),

07Х21 Г7АН5

розии

Э-04Х20Н9 (ОЗЛ-14А) Э-09Х19Н IОГ2М2Б (нж-

С.-08Х 19Н 1ОБ, С.-05Х20119ФБС

(AHB-13)

Стойкость про-

Стойкость про·

2246-70)

С.-08Х20Н9Г7Т

10X14AГl5,

10ХI7НI)М3Т

(ГОСТ

С.-06Х 19Н9Т

1ОХ 14Г14М4Т,

08Х17НI3М2Т,

ПРИСадОЧШLJI проволока

Э-07Х20Н9(ОЗЛ-8)

РОЗИlt

12XI8HIOT,

ОЗХ18Н11

10052-75)

Стойкость проП1В общен кор·

07XI8H

под флюсом

аРГОНОДУГО81U1

АН-26,

С.-06Х 19Н9,

АН-45

С.-08Х20Н9Г7Т

С.-08Х20Н9Г7Т

С.-08Х 19Н 1ОБ,

С.-05Х20Н9ФБС,

С.-05Х20119ФБС

С.-08Х 19111 ОБ

Не рекомендуется

C.-0IXI9H9

I3),

Проволока

Флюс

АН-18

BCO~

С.-06Х 19Н9Т,

АН-26,

С.-08Х 19Н 1ОБ,

С.-05Х20Н9ФБС,

С.-08Х20Н9Г7Т

АН-45

С.-05Х20Н9ФБС

С.-08Х I 9Н 1ОБ

С.-06Х 19Н 10МЗТ,

Э-07ХI9НI1МЗГ2Ф

С.-08Х 19Н 10МЗБ,

АН-26,

C.-06XI9H10MH,

(ЭА-400/10У),

С.-06Х20Н11 МЗТБ,

AH-18,

С.-06Х20Н 1I М3ТБ,

Э-02Х 19Н 18Г5АМ4 (АНВ-17),

С.-01Х 19Н 18Г10АМ4

АН-45

С.-ОI Х 19Н 18Г10АМ4

Э-02Х 19Н 18Г5АМ) (АНВ-17)

(ЭП

С.-06Х 19Н 11 М)ТБ, С.-06Х I 9Н IOМ3Т

690)

тив общей и 08Х

1711 15М3Т,

межкристаллит·

Э-02Х20Н 14Г2М2 (ОЗЛ-20),

03Х

I6II/SM).

ной коррозии

02Х25Ш4М)АГ3(АНВ-42),

03Х21 1121 М4ГБ

Э-02ХI9НI8ГSАМ)

C.-OIX 19H18Г10AM4 AH-18,

(AHB-17)

АН-45

02Х8Н22С6

02XI7H14C5

(ОЗЛ-24),

02Х 12Н IIС6 (АНВ-47)

С.-ОIХI2Н11С6Ц (ЭК-76)

01X19H18Г10AM4

01X19H18Г10AM4

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

64

10.3.4.3. ВЫБОР ПОСЛЕСВАРОЧНОЙ

нитизация сварных стыков (например, паро­

ТЕРМООБРАБОТКИ

Сварные

узлы

из

проводов), а также применение сталей повы­

аустенитных

сталей,

шенной

чистоты

в

результате

вакуумНО­

эксплуатирующиеся без воздействия агрессив­

дугового переплава. Повышению жаропрочно­

ных сред до

сти

ОС,

500

могут не подвергаться

3ТВ

также способствуют аргонодуговая

термической обработке. При работе в коррози­

сварка неплавящимся электродом с присадкой

онной среде проводят стабилизирующий отжиг

и лучевые способы сварки, обеспечивающие

Остаточные

минимум теплового воздействия и предотвра­

напряжения, являющиеся основной причиной

щающие рост зерна. Для коррозионно-стойких

коррозионного растрескивания, при нагреве до

сталей

этих температур практически

полностью сни­

свойств сварных соединений является скорость

маются. Для жаропрочных термоупрочняемых

ножевой коррозии, сопротивление коррозион­

материалов проводят двухступенчатый отжиг:

ному растрескиванию и ЛРО3.

900 ос 30 ч.

стей ножевой коррозии шва и ОШ3.

при

температуре

в течение

При

Ос.

850... 950

ч

10

работе

+750

в

На рис.

ос в продолжение

условиях

приведено сравнение скоро­

10.23

При сварке

ползучести

ос стабилизирующий отжиг недостато­

>500

главным фактором эксплуатационных

проволоками

Cb-ОБХ 19Н9Т,

Св-07Х 19Н 1ОБ скорость коррозии наплавлен­

чен, так как не устраняет в 3ТВ опасность раз­

ного металла в кипящей

вития локальных разрушений и коррозионного

азотной кислоте выше, чем ножевая коррозия

растрескивания в

ОШЗ.

случаях

некоторых средах.

проводят

при температуре

аустенитизацию

В этих

(закалку)

ОС, при которой

1100... 1150

концентрированной

При сварке другими

содержащими

титан

(см.

проволоками, не

рис.

10.23),

более

коррозионно-стоек металл шва. Для таких со­

растворяются все упрочняющие фазы в матри­

единений наиболее опасным

це, а при последующей стабилизации или от­

ния является ножевая коррозия ОШЗ, скорость

пуске

выделяются

требуемом

для

вторичные

фазы

получения

в

виде,

оптимальных

которой достигает

4 ... б

видом

разруше­

мм/год. Из этого ри­

сунка следует, что скорость ножевой коррозии

свойств в 3ТВ и сварного соединения в целом.

весьма значительна и слабо зависит от сварных

Наиболее

материалов.

высокая

вязкость

и

стойкость достигаются

двойной

цией (при

1000

1150... 1200

обеспечивается

и

коррозионная аустенитиза­

ОС), при которой

коагулирование

карбидов

10.4.

на

Хромистые стали не являются дефицит­

границах зерен. При сварке с малой погонной энергией (электрон но-лучевая и др.) сверхниз­ коуглеродистых жаропрочных сталей, легиро­

ванных молибденом (Х1БН9М2 и др.), послес­

ными в отношении легирования материалами и находят широкое применение для изготовления

различного высоких

варочная термообработка не обязательна.

для

жаропрочных

гомогенных

длительная

прочность

швов

ниже

сталей

500

в

ОС),

основного

Для гетерогенных, термически упрочняе­

мых сталей при сварке имеет место большая повреждаемости

прочность

снижается

ному металлу на падает

по

3ТВ.

10 ... 15 %:

пластичность, что

Длительная

отношению

к

техники, и

работающей

температуре

в

при

условиях

Легирование хромом не только обеспечи­

металла лишь при циклическом нагружении.

степень

рода

давлении

воздействия агрессивных сред.

10.3.5. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

условиях, исключающих ползучесть (до

ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ

основ­

более значительно

увеличивает вероят­

вает коррозионную стойкость сталей в окисли­ тельных средах, но и определяет их структуру.

механические свойства, жаропрочность, техно­

логические свойства. Образуя с железом не­ прерывный ряд твердых растворов при концен­

трациях до мыканию

12 %,

хром затем способствует за­

у-области,

что

является

основной

причиной формирования в хромистых сталях различной

структуры

и

многообразия

их

свойств.

В

ность локальных разрушений в процессе про­

соответствии

10.24) у-область

с диаграммой

Fe -

Сг

должительной эксплуатации при высоких тем­

(рис.

пературах. Эффективной мерой их предупреж­

линиями, замыкающими гетерогенный участок

дения служит периодически проводимая аусте-

а(8)

+ у.

ограничена справа двумя

ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ

IlOO

600

'"

::}а+ т

т. "с г----,------,г-----т---,

----::::::- ,.,-

ж

с(

6

~\

/ 11\

/

о

11

/а+б! lаtб\ Рис.

Рис.

10.24. Диаграмма

состояния сплавов

Fe -

Сг

ческих точек, отмечающих у~а-превращение.

Вначале увеличение содержания хрома при во­

дит к понижению точки Аз. При концентраци­

8%

10.25.

хром относится к элементам, способ­

ствующим устойчивости аустенита и расшире­

нию его температурной области. Большие кон­

центрации хрома повышают точку Аз. У спла­ вов с у~а-превращением легирование хромом

30Сг,

20

%

Влияние углерода на замыкание

у-областн у сплавов

Хром сильно влияет на положение крити­

ях до

10

90 Cr, О/О

БО

30

о

65

Fe -

Сг

продуктах сгорания топлива и т.п.). Обладая высокой коррозионной стойкостью, высоколе­

гированные хромистые стали ферритного клас­ са не пригодны для оборудования, работающе­ го в условиях высокотемпературной ползуче­

сти.

Это связано с

низкой

жаропрочностью,

обусловленной ферритной структурой высоко­ хромистых сталей.

Совместное легирование хромом и нике­ лем способствует

получению в сталях одно­

родных и гетерофазных структур, формирова­

ско­

нию наряду с мартенситом и ферритом также

рость охлаждения. В результате этого при низ­

аустенитной составляющей, количество кото­

ком содержании углерода у хромистых сталей

рой зависит от концентрации указанных выше

возможно формирование однофазной мартен­

элементов.

ситной структуры. Наглядным примером этого

полнительно

является формирование мартенсита в структу­

быть оценена с помощью диаграммы Шеффле­

значительно снижает

также

критическую

ре стали Х9М при охлаждении от весьма низкой

(-1

800

ос даже с

ОС/с) скоростью.

11 ... 12 %

ра (см. рис.

легированных

10.1 О).

также рассчитать

В безуглеродистых сплавах у-область за­ мыкается при

Структура хромистых сталей, до­

легирующих

в

пы:

(рис.

10.25).

высоким

содержанием

При содержании

-12 %

углерода

Сг у низ­

коуглеродистых сталей после охлаждения на­

ряду с мартенс ито м в структуре обнаруживает­ ся

некоторое

количество

ферритной

состав­

ляющей. При

>12 %

стойкость

стые

Поэтому

стали

высоко­

5632-72

груп­

жаропроч­

ные. В зависимости от структуры хромистые стали могут быть отнесены к различным клас­ сам: мартенситному, мартенситно-ферритному, ферритному, аустенитно-мартенситномуи ау­ стенитно-ферритному.

Сг все безуглеродистые спла­

10.4.1.

Хром эффективно повышает коррозион­ ную

других

подразделяются на

коррозионно-, жаростойкие и

вы являются ферритными.

> 12 %.

позволяет

на структуру

В соответствии с ГОСТ

Сг. При более высоком

может

элементов.

легированные стали

с

Эта диаграмма

влияние

содержании хрома аустенит встречается только

сплавах

никелем,

сталей

при

концентрациях

менее легированные

при меняют

в

основном

как

хроми­ конст­

рукционный материал для высоконагруженно­

го энергетического

и нефтехимического

рудования. Из сталей с ~13

%

обо­

Сг изготовляют

МАРТЕНСИТНЫЕ СТАЛИ

Хромистые

мартенситные

стали

(табл.

10.39)

имеют в основном повышенное содер­

жание

углерода,

тельно

некоторые

легированы

из

никелем,

них

дополни­

молибденом

и

другими элементами. Углерод и никель расши­

ряют

у-область

и

способствуют

полному

оборудование для работы в агрессивных жид­

у~а(м)-превращению в процессе охлаждения.

ких и газовых средах (морской воде, кислотах,

Ферритообразующие

3 - 10498

элементы

(молибден,

10.39.

'" '"

Химический состав хромистых мартенситных сталей MaccoвaJI доли,

%

Марка СТaJШ

С

Si

Мп

Сг

Ni

Мо

,;0,5

4,5...6,0

';0,6

0,45...0,60

v

-

15Х5

';0,15

15Х5ВФ 12Х8

0,17 ..0,37

,;0,025

,;0,030

0,3 ..0,6

';0,40

20Х8ВЛ

0,15 ..0,25

0,30 ..0,60

0,30. .0,50

12Х8ВФ

0,08 ..0,15

';0,6

';0,5

-

-

7,5...9,0

7,0...8,5

';0,6

0,3 ..0,5

0,08 ..0,12

12Х11В2МФ

0,10 ..0,15

15ХI1МФ

0,12 ..0,19

';0,5

0,3 ..0,6

8,6... 10,0

,;0,7

0,6 ..0,8

0,15 ..0,25

0,50 ..0,80

10,0... 12,0

';0,6

0,6 ..0,9

0,15 ..0,30

-

0,6 ..0,8

0,25 ..0,40

,;0,7 10,0... 11,5

18Х11МНФБ

0,15 ..0,21

13Х 11 Н2В2МФ

0,10. .0,16

0,6... 1,0

';0,030

';0,035

,;0,035

0,040

';0,025

0,8 .. 1,1

0,20. .0,40

0,35 ..0,50

0,18 ..0,30

1,25 .. 1,75 W 0,6 .. I,OW

';0,015

Не регламентируются

,;0,025

1,70...2,20 W Не регламентируются

';0,025 0,5 .. 1,0

Не регламентируются

,;0,030 IОХ9МФБ

nPO'tHX элементов

0,4...0,6

0,3 ..0,6 ,;0,12

р

-

,;0,5 15Х5М

S

';0,030

0,20...0,45 Nb

';0,6 ';0,60

10,0. .12,0

1,5 .. 1,8

10Х12НДЛ

';0,10

0,17...0,40

0,20...0,60

12,0. .13,0

1,0 .. 1,5

06Х12Н3Д

,;0,06

,;0,30

,;0,60

12,0. .13,5

2,8 ..3,2

0,16...0,25

,;0,8

,;0,8

12,0. .14,0

-

1,6 ..2,OW ';0,25

,;0,25 0,80..

';0,025 20Х13

1,1ОС"

,;0,025

-

,;0,030

Не регламентируются

ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ

67

вольфрам, ванадий, ниобий) вводят для повы­

вязкость

шения жаропрочности

никает опасность образования структурно-сво­

11 ... I2%-ные

сталей.

Если обычные

хромистые стали обладают вы­

сокой прочностью до

500

ОС, то стали, допол­

мартен сита

бодного

феррита,

повышается,

который,

однако

воз­

в свою очередь,

является причиной высокой хрупкости, не уст­

нительно легированные карбидообразующими

раняемой

элементами, обладают высокими прочностны­

Поэтому в сварных соединениях мартенситных

ми характеристиками до

сталей трещины могут наблюдаться в процессе

650

ОС, что позволяет

к тому же термическим

отпуском.

их использовать для изготовления современно­

непрерывного

го энергетического оборудования (табл.

лаждения до нормальной температуры вслед­

10.40).

Молибден и вольфрам, кроме того, устраняют развитие

хрупкости

в

процессе

температурах.

Повышенная

склонность

мартен ситных

сталей к хрупкому разрушению в закаленном состоянии

усложняет

технологию

их

сварки.

Содержание углерода в мартенситных сталях, как правило, единениях

>0,10 %,

возможно

а

также

после

ох­

ствие замедленного разрушения.

длительной

эксплуатации хромистых сталей при высоких'

охлаждения,

Для высокохромистых сталей температу­

ра начала мартенситного превращения (Т"'.Н)

::;360

ОС, а окончания (Т",.к)

Ос. С увеличе­

240

нием содержания углерода точки Т"'.Н и Т",.к еще более понижаются, что приводит к возрас­ танию твердости

мартенсита и

его хрупкости.

поэтому в сварных со­

Учитывая это, а также необходимость обеспе­

образование

чения высокой пластичности, ударной вязкости

холодных

трешин (ХТ) из-за высокой тетрагональности

и стойкости против хрупкого разрушения, со­

образуюшегося

держание углерода в хромистых мартенситных

в

процессе

охлаждения

мар­

тенсита. При снижении содержания углерода

10.40. Марка стали

0,20 %.

Механические свойства хромистых мартеиситиых сталей, не менее 0"••

0"0.2,

МПа

МПа

15Х5

05.%

1jI.%

24

15Х5М 15Х5ВФ

сталях ограничивают до

392

22

12Х8 12Х8ВФ

167

Примеры использовання

98 50

216

KCU, Дж/см 2

118

-

-

50

170

20Х8ВЛ

589

392

16

30

39

IОХ9МФБ

600

400

20

70

80

Сварные сосуды и аппараты

с давлением до

МПа при

16

температуре стенки

Поверхность

лов,

2:-70

нагрева

коллектора,

ос

кот-

трубопро-

воды

15ХIIМФ

690

490

55

18ХIIМНФБ

740

590

50

13ХI1Н2В2МФ

880

735

12Х11В2МФ

850

700

15

55 50

60

и

90

700

500

14

30

50

06ХI2Н3Д

3·

газовых

турбин,

лопатки

паровых турбин, диафрагмы

Диафрагмы

IОХI2НДЛ

20Х13

Корпуса и роторы паровых

паровых

тур-

бин,деталигидротурбин

Рабочие

колеса

гидротур-

бин, корпуса насосов АЭС

650

440

16

55

80

Лопатки

паровых

детали насосов

турбин,

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

68 Для

предотвращения

мартенситные

образования

стали сваривают

ре воздуха гО ос и применяют ный

450

и

сопутствующий

натяга трубопровода, Т.е. до сборки и сварки

ХТ

замыкающего шва.

при температу­

Многие из отмеченных выше недостатков

предваритель­

подогрев

до

в свариваемости мартенситных сталей не при­

200 ...

сущи

ос. Температура подогрева назначается в

зависимости

от

склонности

стали

к

закалке.

В то же время данная температура не должна к

снижения

охлаждения

металла

сталям,

никелем.

Мар­

левой стали 06Х 12Н3Д с низким содержанием углерода, отличается высокими пластичностью

отпускной хрупкости вследствие скорости

хромистым

тенсит, образующийся при закалке хромонике­

быть чрезмерно высокой, так как это может привести

малоуглеродистым

дополнительно легированным

и вязкостью, не приводит к ХТ в сварных со­

единениях.

в

Высокие

пластические

свойства

ОШЗ в интервале температур карбидообразо­

малоуглеродистого

вания. Высокий подогрев, как и сварка с боль­

получению

шой погонной энергией, приводит к перегреву

прежде всего при сварке без подогрева. Однако

околошовного металла, росту зерна, сегрегаци­

чувствительность сварных швов к водородной такие стали с

ших охрупчиванию сварных соединений. Луч­ свойства достигаются при

-100

подогреве в

нит.

сварки до Т.... К , но г 100 Ос. подвергать сварные

соединений,

Ос.

предварительным подогревом до

Улучшению свариваемости таких

Однако для

достижения максимальных

значений прочности, пластичности и ударной

ДО термической обработки рекомендует­ не

сварных

сталей способствует также остаточный аусте­

интервале Тм . Н '" ТМ . К С подстуживанием после

ся

надежных

способствуют

хрупкости вызывает необходимость сваривать

ям примесей на границах зерен, способствую­ шие

мартенсита

вязкости рекомендуется охладить сварные со­

каким­

единения хромоникелевых мартенситных ста­

либо нагрузкам, кантовать и транспортировать

лей до нормальной температуры для полного

(табл.

у~а-превращения, а

10.41).

В

соединения

частности,

термообработку

сварных стыков труб при сооружении трубо­

мическому

проводов

напряжений.

следует

10.41.

до

холодного

затем для

подвергнуть тер­

снятия

остаточных

Рекомендации по тепловому режиму сварки хромистых мартенситных сталей

Марка стали

15X5,

выполнять

отпуску

15Х5МУ,

Температура подогрева, ос

Продолжительность хранения до термической

Не допускается

200

Термическая обработка

обработки,ч

Отпуск при

700... 750

ос

Отпуск при

71 0... 760

ос

15Х5ВФ 12Х8,

12Х8ВФ,

Не регламентируются

20Х8ВЛ,

IОХ9МФБ 12Х11В2МФ

250... 300

72

Отпуск при

700... 720 ос (предва735 ... 365 ос (окон-

рительный) и чательный)

15Х11МФ,

300

18Х11МНФБ, 13Х 11 Н2В2МФ

Отпуск при

700... 720

лаждения

ниже

ос (без ох-

температуры

подогрева). При толщине Не допускается

дуется подстуживание до IОХ12НДЛ

гlОО

>30

мм

перед термообработкой рекомен-

Отпуск при

650

100

ос

ос (с предвари-

тельным подстуживанием)

06Х12Н3Д

г200

Допускается

Отпуск при

610... 630 ос (предва625 ...650 ос (окон-

рительный) и

чательный)

20Х13

г300

2

Отпуск при

700... 720

ос

69

ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ

Среди методов, применяемых для сварки изделий

из

мартенситных

сталей,

наиболее

составу (табл.

близких

10.42).

распространена ручная дуговая сварка (РДС)

собы

покрытыми

под флюсом,

электродами,

получение

сварных

10.42.

щвов,

обеспечивающими по

химическому

к

основному

металлу

Находят также применение спо­

автоматической

дуговой

аргонодуговой

сварки

(АрДС)

(АДС) и

эле к­

трощлаковой сварки (ЭШС).

Способы сварки, сварочные материалы и механические свойства сварных соединений хромистых мартенситных сталей Способ сварки,

Марка стали

Механические свойства сварных соединений, не менее

сварочные материалы

а., МПа

КСU,джlсм'

угол загиба, о

470

50

100

735

40

РДС: 15Х5,

электроды Э-10Х5МФ, ЦЛ-17.

15Х5М,

АДС:

15Х5МУ,

проволока Св-1 ОХ5М, флюсы

15Х5ВФ,

АН-Д АН-43.

20Х5МЛ,

20Х5ВЛ

АрДС: про волока Св-06Х8Г2СМФТЮЧ, Св-10Х5М, аргон

12Х8,

12Х8ВФ,

Х9М,

10Х9МФБ,

20Х8ВЛ,

10Х9МФБ

РДС: электродыЦЛ-57

АрДС: проволока Св-06Х8Г2СМФТЮЧ, аргон

РДС: 12Х1IВ2МФ

электроды Э-14Х11НВМФ, ЦЛ-32

Не регла-

РДС:

15Х11МФ,

электроды Э-Х11НМФ КТЧ-9,

18Х11МНФБ,

735

50

588

40

ментируется

Э-12Х11НВМФ КТЧ-10

13Х11Н2В2МФ

Э-11ХI5Н25М6АГ2, ЭА-395/9 РДС: электроды Э-06ХI3Н, ЦЛ-41

10Х12НДЛ

эшс:

проволока Св-12Х 13, флюс АН-8 РДС: электроды ЦЛ-51

580 637 600

АДС:

40

проволока Св-01ХI2Н2-ВИ,

флюс ФЦ-19

06Х12Н3Д

АрДС:

637

проволока Св-01 Х 12Н2-ВИ,

50

аргон

эшс: проволока Св-01 Х 12Н2-ВИ,

590

флюс АН-45 РДС:

20Х13

-

электроды Э-1 ОХ25Н13Г2, ЗиО-8

электроды ЦЛ-25, ЦЛ-51

540 637

проволока Св-07Х25Н 13,

флюс АН-26

Не регламентируется

АДС:

540

Глава

70 10.4.2.

10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

мАртЕнситно-фЕрритныE

СТАЛИ

держания хрома практически без увеличения коррозионной

к классу мартенситно-ферритных относят стали

с

частичным

Термокинетическая

состоит

средах

у--+а(м)-превращением.

диаграмма

из двух областей

у этих

структуре

сталей

превращения.

стойкости

способствует

сталей

в

указанных

формированию

значительного

количества

в

их

феррит­

При

ной составляющей. Стали с большим содержа­

низкой скорости

нием О-феррита в структуре отличаются повы­

охлаждения возможно образование ферритной

шенной склонностью к хрупкому разрушению,

составляющей структуры. При больщой скоро­

их сварка связана с риском образования ХТ.

температурах

ос

>600

сти охлаждения

«400

при

ОС) наблюдается без­

Мартенситно-ферритные

диффузионное превращение аустенита в мар­

довольно

тенсит. Количество образовавшегося мартен­ сита зависит от содержания углерода и

Содержание хрома в

13 ... 14 %,

ческого оборудования (табл.

По

мартенситно-фер­

хромом

поверхности

с

обеспечивает

в агрессивных

нефтехимическим

высоких параметров, регулированием.

средах,

в том

10.43, 10.44).

мартенситно-феррит­

соединения

мартенситно-ферритных

ленного разрушения. Кроме того, при перегре­

воде

ве в 3ТВ часто наблюдают трещины хрупкого

числе с борным

Дальнейшее повышение со-

10.43. Химический

свариваемости

сталей склонны к образованию трещин замед­

связанных

в

разрушения.

состав хромистых мартенситно-ферритных сталей Массовая доля,

%

Марка стали

С

Si

Мп

15Х12ВНМФ

0,12... 0,18

~0,4

0,5 ... 0,9

12Х13

0,09... 0,15

14Х17Н2

0,11 ... 0,17

08ХI4МФ

0,03 ... 0,12

~0,8

10.44.

находят

изготовле­

В связи с неизбежной подкалкой при сварке сварные

пассивацию

производством;

для

ные стали являются неудобными материалами.

что оптимально по

коррозионной стойкости. Такой уровень леги­

рования

стали

применение

ния нефтехимической аппаратуры и энергети­

скоро­

сти охлаждения.

ритных сталях

широкое

0,20... 0,45

Сг

Ni

11.0... 0,4 ... 13,0 0.8 12,0... 14,0

-

16,0... 18,0

1,5 ... 2,5

Мо

V

0,5 ... 0,7

0,15 ... 0,30

-

~0,8

12,0... 14,0

0,8 ... 1,2

элемеитов

0,7... 1,1 W

~0,025

~0,030

Не регламентируются

0,2 ... 0,4

-

прочих

Р

S

0,15 ... 0,30

Механические свойства хромистых мартенситно-ферритных сталей, не менее

Марка стали

15Х12ВНМФ

а.,

(УО.2,

МПа

МПа

740

590

KCU,

85' %

1jI,%

дж/см2

15

45

60

Примеры использования

Детали

паровых,

гидравлических

12Х13

590

410

20

60

100

14Х17Н2

835

635

10

30

50

08Х14МФ

450

300

22

и

прессоров

Детали

внутренних

устройств

оборудования АЭС

Теплообменники

-

газовых

турбин и ком-

атомных

тепловых

электростанций,

лицовки хранилищ

и

об-

ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ

Ударная вязкость металла в 3ТВ сварных соединений

13%-ных 2

хромистых

сталей

сни­

Образование большого количества о-фер­ рита в структуре околошовного

жается до 10 дж/см . В случае низкого содер­

терно для

жания О-феррита

последующим

<0,1 %

отпуском при

ОС, способствующим распа­

700

термическим

ду структур закалки и выделению карбидов, можно

повысить

ударную

вязкость

металла

в

2

3ТВ до 50... 100 Дж/см • При способах сварки, способствующих

металла

в 3ТВ

значительному

с образованием

перегреву

структуры

с

большим содержанием о-феррита, термический отпуск

мало

влияет

на

ударную

вязкость,

результате чего сварные соединения

ся высокой хрупкостью

в

и не годятся для на­

Эффективным

способом

снижения

со­

держания ферритной составляющей в структу­

13 ... 14%-ных

С. В участках ОШ3 сварных соедине­

температуре солидуса, количество о-феррита в структуре может быть подавляющим. Ширина таких

участков

мало

зависит

от

температуры

подогрева при сварке, но возрастает с погонной

энергией сварки. Мартенситно-ферритные

стали

сварива­

ют, как правило, с предварительным и сопутст­

вующим подогревом (табл.

10.45).

Для низкоуглеродистой стали 08Х14МФ подогрев

при

сварке

не

при меняют,

так

как

легирование карбидообразующими элементами снижает эффективное содержание углерода. Способы сварки и применяемые для мар­

ре хромистых сталей является легирование их

тенситно-ферритных

углеродом и никелем.

риалы приведены в табл.

10.45. Рекомендации

металла харак­

хромистых сталей с

ний, нагреваемых до температур, близких к

отличают­

груженных конструкций.

71

сталей

сварочные

мате­

10.46.

по тепловому режиму сварки мартенситно-ферритиых сталей Продолжительность

Марка стали

Температура

хранения до

подогрева, ос

термической

Термическая обработка

обработки,ч

Отпуск при

15Х12ВНМФ

Не допускается

300

Ос. При толщине

100 ос

2

Отпуск при

700 ... 720

ос

150 ... 250

Не ограничено

Отпуск при

620 ... 640

ос

Без подогрева

Не регламентируется

Отпуск при

680 ... 700

ос

14Х17Н2

10.46. Способы

700 ... 720

мм перед отпуском рекомендуется

подстуживание до

12Х13

08Х14МФ

> 30

сварки, сварочные материалы и механические свойства сварных соединеиий мартенситно-ферритных сталей Механические свойства

Марка стали

Способ сварки, сварочные материалы

сварных соединений

0"., 15Х12ВНМФ

МПа

КСU,Дж/см 2

РДС:

-

электроды Э-12Х11НМФ КТИ-9

735

50

-

электроды Э-11Х15Н25М6АГ2 ЭА-395/9

588

40

637

50

12Х13

РДС:

-

электроды Э-12Х13 ЛМ3-1, Э-06Х13Н ЦЛ-41, ЦЛ-51

-

электроды Э-11 Х 15Н25М6АГ2 ЭА-395/9

588

40

-

электроды Э-lОХ25Н13Г2 3иО-8, ЦЛ-25

540

50

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

72

Окончание табл.

10.46

Механические свойства Марка стали

сварных соединений

Способ сварки, сварочные материалы

KCU, Дж!см 2

0'., МПа 14Х17Н2

РДС: электроды Э-I0ХI8Н2 АНВ-2. АДС: проволока Св-08Х 18Н2ГТ, Св-08Х 14ГНТ,

755

флюсы АН-2бс, Оф-б, АНВ-б. АрДС: проволока Св-08Х 18Н2ГТ, Св-08Х 14ГНТ,

. аргон 50

РДС:

08Х14МФ

электроды Э-l ОХ25Н 13Г2, ЦЛ-25

540

АДС:

проволока Св-07Х25Н 13, АН-2б АрДС:

490

проволока Cb-04Х20Н5МББ Св-07Х25Н 13, аргон

10.4.3. ФЕРРИТНЫЕ При содержании

стых сплавов

Fe -

СТАЛИ

-12 %

Хорошая свариваемость хромистых фер­

Сг у безуглероди­

Сг критические точки А I И

Аз на диаграмме (см. рис.

10.24)

сливаются.

При дальнейшем увеличении содержания хро­

ма сплавы не претерпевают превращениЙ. Ста­ ли, структура которых соответствует этой об­ ласти диаграммы

Сг, относят к феррит­

Fe -

ным.

Хромистые ферритные стали (табл. и

10.48)

10.47

ритных сталей обеспечивается ограничением в их составе углерода и азота, образующих твер­ дые растворы внедрения. Стали, содержащие

~0,020

левые аустенитные стали, не склонны к корро­ растрескиванию

под

напряжением.

При дополнительном легировании кремнием и алюминием хромистые стали могут быть ис­ пользованы для оборудования, работающего в окислительных

условиях

при

высоких

темпе­

ратурах.

Широкое

применение

хромистых

фер­

ритных сталей с обычным содержанием угле­ рода и азота сдерживается

хрупкости

их

сварных

чувствительность

к

из-за чрезмерной

соединений.

надрезу

при

Высокая

нормальной

%

С и

N

в сумме, отличаются высокой

пластичностью и ударной вязкостью, не склон­ ны к охрупчиванию при сварке. Производство

таких сталей возможно в вакуумных печах или с внепечной обработкой (продувкой расплава аргоном или аргон о-кислородной смесью). Стали, произведенные в открытых печах,

во многих агрессивных средах превос­

ходят по коррозионной стойкости хромонике­ зионному

540

вследствие относительно высокого содержания углерода и азота имеют низкую пластичность и ударную

вязкость,

что

затрудняет

проведение

не только сварки, но и других технологических

операций (гибки, вальцовки). Повышению пла­ стичности сталей способствует

08Х 13, 08Х 17Т

их

про катка

температурах (до

820... 850

относительное

ется до

удлинение

при

и

15Х25Т

пониженных

ОС). В этом случае проката

увеличива­

а ударная вязкость достигает

A s = 25 %,

80 дж/см 2 . Улучшению свойств сталей, как и сварных соединений, способствует также тер­ мический отпуск при 7БО ос.

Сварочный

температуре делает их непригодными для изго­

нагрев отрицательно

влияет

товления оборудования, работающего под дав­

на пластичность хромистых ферритных сталей,

лением,

на­

усугубляет их склонность к хрупкому разру­

грузках. Такие ферритные стали используют

шению. Высокую хрупкость сварных соедине­

при

ударных

и

знакопеременных

для изготовления ненагруженных устройств и

ний

изделий.

3ТВ.

связывают

с

ростом

величины

зерна

в

ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ

10.47. Химический

73

состав хромистых ферритных сталей Массовая доля,

%

Марка стали

С

Мп

Si

Сг

12,0... 14,0

08XI3 :50,80

:50,80

08Х23С2Ю

1,5... 1,8 0,4...0,7

04Х14Т3Р1Ф

(ЧС-82)

0,02... 0,06

:50,6

ЭП 882-ВИ

:50,015

:50,5

ЭП 904-ВИ

15Х25Т

:50,012

:50,3

:50,08

:50,8

~6(C+N)

0,50...0,80 Ti

:50,035 :50,015

Не регламен-

:50,030

0,020

0,025

:50,020

:50,025

:50,025

:50,035

тируется

2,3 ...3,5 Ti, 1,1 ... 1,8 V

1,5...2,0

0,15 ...0,35 Nb 0,1 ...0,4 Nb, 2,2 ...3,5 А1

18 :50,8

Ti

-

22,0... 24,0

16,5... 18,5

ментов

:50,030

13,0... 16,0 :50,5

прочих эле-

Р

S

:50,025

16,0... 18,0

:50,08

08ХI7Т

Мо

-

29,0... 27,0

0,5 ...0,9 Ti

10.48. Механические свойства хромистых ферритных сталей, не менее а.,

аО,2,

МПа

МПа

08Х13

590

410

08ХI7Т

372

08Х23С2Ю

490

04Х14Т3Р1Ф

500

ЭП 882-ВИ

372

Марка стали

КСИ,

85' %

"',%

Дж/см2

20

60

10

17

-

10

60

320

15

20

245

22

323

24

-

14

10

-

процесс

не

вызывает

их

ядерного

топлива,

контейнеры

- Ni

аустенит-

ных сталей Детали

высокотемпературного

Внутренние

устройства

хими-

ческих аппаратов

резким охрупчиванием металла в ЗТВ. В связи с

низким

этим сварку, гибку и правку при изготовлении

Однако этот

узлов и деталей из сталей с обычным содержа­

у сталей

содержанием углерода и азота.

хими-

оборудования

20

Интенсивный рост зерна при сварке не предотвратить и

Стеллажи

Заменитель Сг

440

удается

устройства

Змеевики пиролиза

60

15Х25Т

Внутренние

ческих аппаратов

-

ЭП 904-ВИ

Примеры использования

с

охрупчивания

в

зоне

нием примесей рекомендуют проводить с нагре­

термического влияния. Это свидетельствует о

вом до

том, что хрупкость сварных соединений хро­

нию пластичности сварных соединений способ­

мистых

ферритных

образом

с

сталей

содержанием

связана

главным

ствует термический отпуск при

растворе

дуюшим быстрым охлаждением (табл.

760

ос с после­

10.49).

Механические свойства сварных соеди­

Образование ХТ в сварных соединениях

ферритных

ос. Существенному повыше­

в твердом

примесей внедрения.

хромистых

150... 200

сталей

обусловлено

нений зависят от применяемых сварочных ма­

териалов (табл.

10.50).

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

74

10.49. Рекомендации

по тепловому режиму сварки хромистых ферритных сталей Температура

Марка стали

Время пролеживания

08Х13

150... 250

Термическая

до термической

подогрева, ос

обработка

обработки

Не ограничено

Отпуск при

680 ... 700 08Х13

ос

Без подогрева

(плакирующий слой биметалла) 08ХI7Т,15Х25Т

150... 200

08Х 17Т, 15Х25Т

Без подогрева

Не регламентируется

(плакирующий слой биметалла)

08Х23С2Ю

200 ... 250

ЭП 882-ВИ, ЭП 904-ВИ

Без подогрева

10.50. Способы

Не допускается

Отжиг при

900

ос

Не регламентируется

сварки, сварочные материалы и механические свойства

свариых соединеиий хромистых ферритных сталей Механические свойства Способ сварки, сварочные материалы

Марка стали

свариых соединений

а., МПа

KCU, Дж/см 2

РДС:

08Х13

-

электроды Э-10Х25Н13Г2 ОЗЛ-6, ЦЛ-25, Э-10Х25Нl3Г2Б ЦЛ-9, Э-08Х20Нl5ФБ АНВ-9, Э-10Х20Нl5Б АНВ-10

-

540

электроды Э-2Х13 УОНИ-13НЖ, АНВ-1, ЦЛ-51

590

АДС: проволока Св-07Х25Н12Г2Т, Св-06Х25Н12ТЮ, Св-06Х25НI2БТЮ, флюс АН-26с, АНФ-14, ОФ-6, АН-18

540

АрДС: проволока CB-06X25Нl2Т, Cb-06Х25Нl2БТЮ,

5

CB-07X25Нl2Г2Т, аргон

08ХI7Т

РДС: электроды Э-1 ОХ25Нl3Г2Б ЦЛ-9, УОНИ-1 ОХ 17Т. АДС:

440

проволока Св-10ХI7Т, флюсы АНФ-6, ОФ-6

08Х23С2Ю

РДС: электроды ЦТ-33, ЦТ-38

04Х14Т3Р1Ф

ЭП 882-ВИ

500

Электронно-лучевая и лазерная сварка РДС: электроды Э-10Х25Нl3Г2 ЦЛ-25, ЦТ-45, ЭА-400/10Т. АрДС:

372

проволока Св-02ХI8М2Б-ВИ, аргон ЭП 904-ВИ

РДС:

электроды ЦТ-52 АрДС: проволока Св-02ХI9Ю3Б-ВИ, аргон

390

-

372

5

ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ

75 Окончание mа6.7.

10.50

Механические свойства Марка стали

сварных соединений

Способ сварки, сварочные материалы

KCU,

а., МПа

Дж/см'

440

5

РДС:

15Х25Т

электроды 3иО-7, ЭА-48М/22, АНВ-9, АН9-\ О. АрДС: проволока Св-07Х25Н 13, аргон АДС: проволока Св-07Х25Н

13,

флюсы АН-2бс, АНФ-14, ОФ-б, АН-1б При использовании ных

материалов

металл

аустенитных свароч­ шва

отличается

высо­

склонны к образованию питтингов и щелевой коррозии.

кой пластичностью и ударной вязкостью. При сварке

однородными

с

основным

металлом

Формирование

способствует

дуплексной

значительному

структуры

повышению

сварочными материалами с обычным содержа­

прочности по сравнению со сталями с простой

нием примесей внедрения металл шва и свар­

аустенитной структурой, обеспечивая при этом

ные соединения

хрупко­

такие важные свойства, как стойкость против

стью. Лишь в случае низкого содержания при­

коррозионного растрескивания, питтингообра­

месей

зования и щелевой коррозии.

в

отличаются

присадочной

сталей ЭП 882-ВИ достигнуты

высокой

проволоке

при

АрДС

и ЭП 904-ВИ могут быть

высокие

значения

пластичности

и

соединения

ферритных сталей

всех

хромистых

коррозионно-устойчивы

многих агрессивных

легирующих элементов, опреде­

нию и щелевой коррозии, важнейшими явля­

ударной вязкости у металла шва.

Сварные

Среди

ляющих стойкость сталей к питтингообразова­

средах. Легирование

во ме­

ются хром, молибден, вольфрам и азот. Выбор марки стали зависит от условий среды (темпе­ ратуры, содержания кислорода и

хлора, рН,

талла шва ниобием (или титаном) обеспечивает

скорости потока). Для оценки потенциальной

стойкость против межкристаллитной

стойкости стали против локальных видов кор­

как в

исходном

после

сварки

коррозии

состоянии,

так

и

после термической обработки.

10.4.4.

розии

PRE

АУСТЕНИТНО-ФЕРРИТНЫЕ СТА.1И

К аустенитно-ферритным сталям относят высоколегированные

стали,

основу

структуры

рит. Количество каждой из них обычно

%.

такие

называемый эквива­

40 ...

Сг+

3,3·%

Известные

марки

1·%

=

(Мо

+ 0,5 W) +

lб·%

N.

аустенитно-ферритных

сталей и их составы приведены в табл.

10.51.

Стойкость к питтингообразованию прове­

которых составляют две фазы: аустенит и фер­ БО

используется так

лент питтингообразования:

ряется

различными

методами,

моделирующими

В связи с этим признаком за рубежом

окислительный характер хлорсодержащих рабо­

стали

чих сред и охлаждающей воды. Наиболее часто

называют

дуплексными.

Аусте­

нитно-ферритные стали были разработаны как

применяется метод

заменители хромоникелевых сталей аустенит­

щий испытаниям по ГОСТ

ASTM G 48, соответствую­ 9.912-89, в б%-ном

ного класса. Коррозионная стойкость этих ста­

растворе хлорного железа.

лей во многих агрессивных средах обеспечива­

определяется температура, при которой обра­

ется высоким содержанием хрома: как правило.

зуются

>20%. В последние годы дуплексные стали на­

ходят за рубежом широкое применение в каче­ стве

конструкционного материала для

массы

образца,

сведения о коррозионной стойкости дуплекс­ ных сталей. Благодаря

мелкозернистой

структуре,

представляю щей собой смесь феррита и аусте­

ций хромоникелевые аустенитные стали мало­

нита,

пригодны вследствие склонности к

тельно

хлоридно­

потерей

испытаниях

равной 1,0 г/м 2 /24 ч. В табл. 10.52 приведены

тепло­

обменного оборудования. Для таких конструк­

питтинги с

При

по

прочности

превосходят

дуплексные

широко

стали

значи­

применяемые

в

му коррозионному растрескиванию. Дуплекс­

настоящее время хромоникелевые аустенитные

ные стали обладают также преимушествами

стали при удовлетворительной пластичности и

перед

ударной вязкости (табл.

сплавами

на

основе

меди,

которые

10.53).

10.51.

...

Химический состав аустеннтно--феррнтиых сталей Массовая доля,

'"

%

Марка стали

03Х23Н6 03Х22Н6М2 08Х22Н6Т (ЭП

53)

12Х21Н5Т (ЭИ811)

С

Si

Мn

';0,030

,;0,4

1,0...2,0

54)

08Х18Г8Н2Т

';0,8

0,09...0,14 ';0,8

130)

ОМУ

18.5 (ИN5 531500)

5ЛF

(ИN5

5AF 2507 (ИN5 532750) DMV25.7N 532760)

(ИN5

5AF 2906 (ИN5 532906)

1,8...2,5

S

-

';0,020

р

прочих элементов

5,6...0,65

5,3...6,3 4,8...5,8

Не регламенти-

0,28...0,50

20,0...22,0

';0,025 5,5...6,5

1,8...2,5

0,20. .0,40 0,20. .0,50

17,0... 19,0

1,8...2,8

-

';0,4

';2,0

23,5 ..25,0

5,8 ..6,8

2,5 ..3,5

';0,020

1,4...2,0

1,2...2,0

18,0 .. 19,0

4,25 ..5,25

2,5 ..3,0

';0,030

,;0,035

руются

0,05 ..0,15N 0,05 ..0,ION ';0,030

22.5

2205 531803)

5,3 ...6,3 5,5...6,5

Т;

7,0...9,0

';2,0

(ИN5531803)

5AF 2304 (ИN5 532304)

МО

';0,08

03Х24Н6АМ3

ОМУ

Ni

-

(КО-3)

(ЗИ

22,0...24,0 21,0...23,0

,; 0,08

08Х21Н6М2Т (ЭП

С,

';1,0

21,0 ..23,0

';2,5

4,50 ..6,50

2,5...3,5

3,0 ..5,5

-

21,5...24,5

,;0,030

Не

';0,040

';0,040

0,05 ..O,20N

';0,035

0,14 ..O,20N

регламен-

4,5 ..6,5

';2,0

0,06 ..0,20 N

';0,020

3,0. .3,5

тируется

';0,015 ,;0,5

';1,2

3,0. .5,0 24,0...26,0

0,24 ..O,32N

6,0...8,0 3,0...4,0

';1,0

';1,0

';0,030 ';0,010

28...30

5...7

1,8...2,5

0,20...0,30 N, O,50... 1,OW O,40N

ХРОМИСТЫЕ СТАЛИ

10.52. Сведения

77

о коррозионной стойкости аустенитно-ферритных сталей Минимальная

PRE Марка стали

(мини-

мальный)

03Х23Н6

22

03Х22Н6М2

27

08Х22Н6Т 12Х21Н5Т

21 20

08Х21Н6М2Т

26

08ХI8Г8Н2Т 03Х24Н6АМ3

17 2,5

ОМУ

18.5

28

ОМУ

22.5

30

SAF 2304

23

SAF 2205

34

SAF 2507 ОМУ 25.7N

38

SAF 2906

40

температура

склонности

к локальной коррозии, ос

питтингооб-

щелевая

разование

коррозия

Область применения

Химическая

Заменитель

аппаратура.

стали 08Х 18Н 1ОТ Заменитель

сталей

IОХI7Нl3М2Т

<10

Заменитель стали 08Х 18Н 1ОТ Заменитель

сталей

1ОХ 17Н 13М2Т

Марка стали

Заменитель стали 08Х 18Н 1ОТ

30

20

Теплообменники с морской водой

Заменитель

<10

хромоникелеВblХ

аусте-

НИТНblХ сталей

20

10

Теплообменники

с

технической

пре-

сной водой

Заменитель

<10

хромоникелеВblХ

аусте-

НИТНblХ сталей

30

20 50

80 40

Теплообменники

с

технической

пре-

сной водой

Теплообменники с морской водой

ВblпаРНblе

аппараТbI

каустической

СОДь!

Механическне свойства аустеннтно-ферритных сталей, не менее ao.~, МПа

03Х23Н6 03Х22Н6М2

350

08Х22Н6Т 12Х21Н5Т 08Х21Н6М2Т

08ХI8Г8Н2Т 03Х24Н6АМ3

18.5 22.5 SAF 2304 SAF 2205 SAF 2507 ОМУ 25.7N SAF 2906 ОМУ

ОМУ

и

1ОХ 17Н 13М3Т

Примечание. Все стали не склонны к межкристаллитной коррозии.

10.53.

и

10Х17Н13М3Т

а., МПа

0,%

580

20

550 380 350 390 350 450 400 450 550 530 650

18

600 660 690 600 700 600 680 800 730 800

Ударная вязкость, Дж!см1

60 50

20 60 100 25

120 100

Глава

78 Свойства

сварных

10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

соединений

зависят

рекомендуются сварочные материалы, обес­

от химического состава сталей и технологии

печивающие

сварки

нитной или аустенитной структуры металла

(табл.

10.54),

погонной энергии

при

главным образом сварке. Для

10.54. Способы

от

сварки

получение

ферритно-аусте­

щва.

сварки, сварочиые материалы и механнческне свойства

сварных соединений аустенитно-ферритных сталей Механические свойства Марка стали

сварных соединений

Способ сварки, сварочные материалы

а., МПа

03Х23Н6

КСU,Дж/см'

РДС: электроды ЦЛ-ll, ЦТ-15-l, ОЗЛ-7, АНВ-23.

АДС: проволока Св-06Х21 Н7БТ, Св-08Х21 Н 1ОАГ5, флюсы АН-26, АНК-45МУ 03Х22Н6М2

580

РДС:

электроды НЖ-13, АНВ-36, ЭА-902/l4, ЭА-400/lО. АДС: проволока Св-06Х20Н 11 М3ТБ, Св-08Х 19Н 1ОМ3Т, флюсы АН-26, АНК-45МУ 08Х22Н6Т,

РДС:

12Х21Н5Т

электроды Э-04Х20Н9Г2Б, Э-08Х 19Н 1ОГ2Б,

08Х22ЮГ2Б. АДС:

60

про волока Св-06Х21 Н7БТ, Св-07Х 18Н9ТЮ, Св-05Х20Н9ФБС,флюсы АН-26с, 48-0Ф-6 08Х21Н6М2Т

РДС: электроды Э-09Х 19Н 1ОГ2М2Б, Э-07Х 19Н 11 М3Г2Ф, 08Х20ЮГ2М2Б. АДС:

600

проволока Св-08Х 19Н 10М3Б, Св-06Х20Н11 М3ТБ, Св-03Х24Н6АМ3, флюсы АН-26с, 48-0Ф-6 08Х18Г8Н2Т

РДС: электроды Э-08Х20Н9Г2Б, Э-08Х 19Н 10Г2Б,

08Х22ЮГ2Б. АДС: проволока Св-06Х21 Н7БТ, Св-05Х20Н9ФБС, Св-08Х20Н9С2БТЮ, флюсы АН-26с, 48-0Ф-6 03Х24Н6АМ3

РДС:

650

электроды ОЗЛ-37, ОЗЛ-41 РДС:

SAF 2304, ОМУ 22.5, SAF 2205

электроды

SAF 2507, DMV25.7N

60

Sandvik 22.9.3LR

700

АрДС: проволока

100

Sandvik 22.9.3L, аргон, аргон + 2 % N РДС:

электроды Sandvik

50

25.1 O.4LR

800

АрДС: проволока

Sandvik 25.1 O.4L,

аргон, аргон

100

+2%N

100

СВАРКА НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

в

России

аустенитно-ферритные

стали

плотную

79

гранецентрированную

кубическую

применяют в основном в качестве заменителей

кристаллическую (ГЦК) решетку, что обеспе­

хромоникелевых аустенитных сталей. В связи с

чивает

этим для сварки

ции из-за малой диффузионной подвижности

зуют

сталей-заменителей

аустенитные

присадочные

исполь­

материалы.

Зарубежные марки дуплексных сталей свари­

его

высокую

атомов.

температуру

Этот

металл

рекристаллиза­

обладает

хорошей

коррозионной стойкостью во многих агрессив­

сварочных

ных средах и высокими механическими свой­

материалов с химическим составом, близким к

ствами при криогенных температурах. Никель

вают,

как

правило,

с

применением

широко

основному металлу.

Во избежание необходимости рочной

термической

обработки

послесва­

для

сварки

дуплексных сталей рекомендуются низкоэнер­ гетические

источники.

Тепловложения

сварке не должны превышать

2,5

при

кДж/мм. При

этом температура изделия в процессе сварки не

должна быть>

При

150... 250

высоких

основного

и

температурах

структура

металла

состоит

на

из феррита. В процессе охлаждения от

100 %

более

сложным легированием,

получить

наряду с

тельно

работать

ских средах.

мируется в аустенит. Для формирования опти­

табл.

свойств

необходимо ные

используя

сварки

зависимость

можно

тепловло­

Q = 60ИI св где и

- напряжение дуги,

ток, А; У СВ

-

При

2,5

сварки

60

В; /СВ

сварочный

-

15

Q

до

В и скорости

160 А.

При сварке весьма тонкого металла, на­ ных труб из дуплексных избежать

100%-ной

тонкостенных

свар­

сталей, невозможно

ферритной

структуры

в

металле шва и в ЗТВ. Поэтому после сварки сварные трубы подвергают термической обра­ ботке путем нагрева до

1050... 1100

дующим быстрым охлаждением.

интервале температур

-50 %

нетермоупрочняемые

и

в

гетероген­

дисперсионным

могут

иметь

несколько

жаропрочны,

но

твер­

исходных

наиболее

стью и другими технологическими

ми). В дисперсно-упрочненном

значения

производстве

представлен

дением.

менее

мм/мин величина сварочного тока в

при

состав высоколеги­

сплавов

со­

пластичны

(в том числе отличаются хорошей штампуемо­

процессе АрДС не должна превышать пример

1000...

стояний. В закаленном состоянии сплавы наи­

,

скорость сварки, мм/мин.

ограничении

Химический

термоупрочняемые

никеля

св

кДж/мм, напряжения дуги

температурах

Гетерогенные термоупрочняемые сплавы

жения от сварочных параметров:

1000у

и

Никелевые сплавы делят на две группы:

нений.

рассчитать,

окалино-

10.55.

гомогенные

режим

при

никелевых

избегать резкого охлаждения сварных соеди­

Оптимальный

позволяющим

жаропрочными

С в газовых, соляных и жидкометалличе­

11000

рованных

механических

конструкционный

вов: нихромов (70 ... 80 % Ni + Сг); пермаллоев (80 % Ni + Fe); нихроферов (40 % Ni + 20 % Сг + + Fe); монель-металла (70 % Ni + Си) и др., с

высоких температур часть феррита трансфор­ мальных

как

коррозионно-стойкие сплавы, способные дли­

ОС.

сварочного

при меняется

материал, а также как основа различных спла­

ос с после­

В указанном

феррита превра­

шается в аустенит, что обеспечивает высокую пластичность сварным соединениям.

состоянии

пластичность

свойства­

(состаренном)

минимальна,

а

жаро­

прочность максимальна и зависит от объема, химического

состава

и

морфологии

упроч­

няющих фаз.

В

перестаренном

состоянии

(старение

при повышенных температурах) сплавы имеют промежуточные пластичности

значения

вследствие

жаропрочности коагуляции

и

упроч­

няющих фаз. Металл во всех исходных состоя­ ниях имеет крупнозернистое строение, форми­ рующееся в результате рекристаллизации

об­

работки при высокотемпературном нагреве под

закалку(Т=

1200... 1250 ОС).

Главная роль в обеспечении жаропрочно­

сти никелевых сплавов принадлежит у'-фазе, общее

количество

которой

пропорционально

содержанию

10.5. СВАРКА 10.5.1.

НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

ХАРАКТЕРИСТИКА НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

Никель

-

тяжелый цветной металл, имею­

щий плотность 8,8 г/см З , температуру плавления

1455

ос и температуру

кипения

3050

Ос. ОН

сохраняет при любых температурах наиболее

Ti + А1 или Nb + AI. При L(Ti, AI) > 8 % массовая доля у'-фазы достига­ ет 60 %. Под у'-фазой понимают интерметал­ лиды типа: Niз(Тi, А1); NiзАI; Niз(Nb, AI), имеющие

у'-фазой

-

ГЦК-решетку.

Они

когерентны

с

основой сплава, выделяются в объе­

ме матрицы при старении и обеспечивают дис­ персное твердение сплава.

10.55. Марка сплава

ХН77ТЮ

617)

ХН67ВМТЮ ХН60ВМТЮ

(ЭП 539)

ХН75ВМТЮ

(ЭИ 602)

ХН70ВМТЮ (ЭП99)

Инконель

718

(США) Рене

41

Р

S

0,4

0,007

0,6

0,08

-

0,015 0,5

0,01

-

0,09

0,5

0,08

(США) Хастелой Н (США)

W

Т;

АI

19. .22

-

2,3. .2,7

0,55 ..0,95

13 .. 16

5. .7

1,8 .. 2,3

1,7. .2,3

17 .. 20

4 ..5

2,2 .. 2,8

1,0 .. \,5

17.. \9

2,5 ..4,0

2,3 ..3,0

3,0 ..4,0 0,35 ..0,75

0,8

0,02

19 ..22

-

0,35 ..0,75

0,5

0,015

18...22

6...8

1,0 .. 1,5

2,5 ...3,5

-

0,9... 1,4; 0,02 0,5... 1,8

-

13.. 15

0,1

I

1

0,04

0,18

0,27

-

4...5

18 ..21

\,8 ...2,7

17

1

0,3

3

1,52

\9

-

0,\5

13 .. \7

3,0...4,0

3,75 ...4,75

6,0 ..8,0

0,5

2

0,1

0,8

0,002

0,0\5

0,2

9

5,5

2

0,15

5

-

115

ЖС6К

0,2

Н70М27Ф

(ЭП 496) OXH65MI6B (ЭП 567)

0/0) Области

Другие элементы

До

4,0 Fe + 0,01

примененкя

Диски

Се

турбии,

газО80ДЫ

До

5,0 Fe; ОЩ В; 0,02 Се; 2,0...4,0 Мо; 0,1 ...0,5 V До 4,0 Fe; 0,01 В; 0,0\ Се; 4 Мо Лопатки турбин До 4,0 Fe; 0,02 В; 0,02 Се; 5...7 Мо До 3,0 Fe; 0,2 Си; 1,6...2,3 Мо; Камеры сгорания 0,9... 1,3 Nb До 5,0 Fe; 0,005 В; 0,002 Се; 5...8 Со; 3,5...5 Мо Сопловые лопатки 8... 1О Fe; 4,5...5,5 Мо; 5,1 .. 5,9NЪ; 0,02 Се; <0,015 Zr До 5,0 Fe; 2,0 Со Лопатки турБИН Детали оБШИВКИ \9,0 Fe; 3,0 Мо; О, \ Со; 0,0025 В; 2...5fNb + Та) I DaKeт 1,0 Fe; 0,05

Диски

В

турбии,

газО80ДЫ

I,OFe;O,IOB; 17...20 Со; 4,5...5,75 Мо

Лопатки турБИН Трубопроводы

0,5

MARM21\ (США)

С,

0,4 0,1

0,\2

Удимет·700

Нимоник

Химический состав высоколегироваиных никелевых сталей (массовая доля,

Si

0,12

ХН62МБВЮ Нимоиик80А

I

Мп

не более

0,06

ХН70ВМТЮ (ЭИ

С

-

0,4 0,5

0,2

0,05 0,\5

1

ПрнмеЧIнне. Остальное

-

никель,

.

%.

\5

-

4

10,5... 12,5

4,5...5,5

2,5...3,0

0,3

-

\4,5 ... \6,5

3,0...4,5

$5,0 Fe; \6... \8

МО

"\,5 Fe; 10,0 Со; 2,5 0,05 Zr; 0,015 В

ДЛЯ

Мо;

2,7

т; Лопатки и литые

-

$2,0 Fe; 0,02 3,5...4,5 Мо 25...29

Мо;

IOOТODbl Лопатки

3Мо; 15Со

5,0...6,0

агрессивных

сред

Iтvn6ии В;

4,0...5,0 Со;

Лопатки и литые роторы

4,0 Fe; 1,4 .. \,7 V

Трубопроводы ДЛЯ

"\,0 Fe; \5... 17

газовых

Мо

сред

агрессивных

СВАРКА НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

комплексно-легированных

8

сплавах

у'-фаза имеет сложный состав, так как никель и

при водит

к

81

выклиниванию

одних,

ограниче­

нию других. неблагоприятно ориентированных

алюминий могуг замешаться другими элемен­

кристаллитов и прекрашению их роста. Данная

тами. Положительное влияние на механические

особенность однофазной кристаллизации обу­

свойства у'-фазы состоит в том, что она

словлена значительной шириной слоя термо­

выде­

ляется преимушественно в объемах зерен при

температурах числа

ос

600 ... 950

когерентных

в

виде большого

мелкодисперсных частиц.

создает эффективные барьеры для движения дислокаций и,

значит,

препятствует высоко­

8

температурной ползучести.

у'-фаза

значительно

прочность ее

то

пластичнее

же

время

карбидов,

возрастает с увеличением

а

темпе­

ратуры.

Наряду с образование фаз,

основными

ряда

которые,

фазами

побочных

выделяясь

вследствие сегрегации

возможно

некогерентных

по

границам

зерен

или ликвации, при водят

к охрупчиванию сплавов: Т]-фаза (Ni з Тi), о-фа­

за

(FeCr),

карбиды (Ме23С6 и Ме6С)' бор иды

( Ме з 8 2)'

10.5.2. СВАРИВАЕМОСТЬ Структура,

НИКЕЛЕВЫХ СП.1АВОВ

свойства

ЗТО. Кристаллизация

металла

шва

металла сварочной

концентрационного

переохлаждения

и

преры­

вистой кристаллизацией в этом слое с наруше­

нием

закона ортогональности.

резкое

укрупнение

Она

кристаллитов

в

вызывает

швах

и

ности к ГТ и обшего понижения свариваемости. Второй фактор

-

высокий уровень леги­

рования

расплава; он обусловливает в литом

металле

на

периферии

шва ячеисто-дендрит­

ный и дендритный (в центре шва) типы суб­ структуры со значительно выраженной ликва­

ционной неоднородностью, измеряемой коэф­

фициентом kc = СО / С". где СО, С" - содержание элементов на периферии шва и в его центре соответственно (табл.

10.56),

и с образованием

неравновесных легкоплавких ликватов, расши­

ряюших

ТИХ 1 •

NiO - NiS

затвердевает при температуре

Так,

эвтектика

соединения

645

нитной

структуры

линейного

металла

с

повыщенным

и

ван­

кристаллитов. (рис.

где

возникают

ГТ

в

ТИХ 1

10.26).

сокращения,

гиК-решеткой. коэффициентом

высокой релаксацион­

ной стойкостью и ликвационной стью.

Это

увеличивает

сталлизационного онного

ТИХ

и

кри­

диФФузионно-дислокаци­

температурных

интервалов

хрупкости

1 и ТИХ 2 соответственно, повышает сва­

рочные деформации мым,

неоднородно­

протяженность

обусловливает

и напряжения

и. тем са­

пониженную

сваривае­

мость никелевых сплавов, особенно низкую у сверхжаропрочных

Первичная

колегированных ется

сплавов.

структура

зарождением

никелевых на

металла

шва высо­

сплавов формиру­

подложке

-

оплавленных

крупных зернах основного металла

-

столбча­

Рис.

10.26.

ГТ криста.lлизациоииого типа

в металле шва иикелевого сплава Х20Н80Т.

Увеличение

тых кристаллитов, конкурентный рост которых

10.56.

200'

ХИ!l1ичеСh:ая неоднородность металла шва I(спффициенты неоднородности kc = со / с"

Марка стали

ОС,

образуя жидкие прослойки по зонам срастания

ны приводит к образованию однофазной аусте­ обладающей

яв­

ляется первы.Н фаюпоро.н повышенной склон­

Fe

Cz

Х20Н45М2Г6Б

1,28

1.23

Х20Н45М6Г2Б

1.29

1.19

Х20Н45М6Г6Б

1,17

1,3

Ni

1.1

Мо

Nb

0.55

0.5

0.066

0.47

0.59

0.08

0.6

0,58

0.14

Мп

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

82

Следствием ликвации родность

является

химического состава,

неодно­

при водящая

к

образованию в шве менее эффективных интер­ металлидных фаз по сравнению с фазами в основном металле.

К

примеру,

в

результате

преимушественной ликвации титана ликвации

морфная

при

с

старении

матрицей

в

зонах

выделяется

фаза

меньшие жаропрочность и

Ni]Ti,

неизо­

имеющая

тугоплавкость, чем

у'-фаза.

zда 1--+-I..-tI'':J,;J-+---++---++z60L...-....L...-'''-'----'_.I..I---!..:.---'_l.-..J..J.---'I-...L---L---J

MM'I2 О Z ПрисоiJочный ЭП

'1-4 367

О

2

Z

533

JП

материал;

Третий фактор

-

транскристаллитность

швов, в центре которых на больших скоростях сварки формируется зона «слабины» двух

о

3 О О f--L-f'f'\-t--
фронтов

кристаллизации

под

-

10.28.

Рис.

Измеиеиие твердости в зоне шва при

аргонодуговой сварке сплава ХН67ВМТЮ:

стык

1и 2-

большим

шов в исходиом состоянии И

после термообработки соответственно

углом между осями кристаллитов с явно выра­

женной зональной ликвацией (рис.

10.27,

а).

При малых скоростях сварки также велик угол срастания

кристаллитов,

поскольку

в

центре

шва образуются осевые кристаллиты, по про­ дольным

граням

срастания Такое

которых

боковых

строение

и

шва

возникают две

осевых также

характеризуется

пониженной технологической

онной прочностью (рис.

зоны

кристаллитов. и эксплуатаци­

10.27,6).

Изменения структуры сплавов в 3ТВ: укрупнение зерна в гомогенных спла­

вах в результате рекристаллизации обработки и

собирательной рекристаллизации под действи­ ем термодеформационногоцикла сварки; растворение упрочняющих фаз гете­ рогенных сплавов в зоне, нагреваемой >900 ОС, фиксируемое по падению твердости и сниже­ нию жаропрочности (рис.

Рнс.

10.29.

ГТ по ликвациоиным прослойкам в

ЗТВ при аргонодуговой сварке сплава ХН67ВМТЮ толщиной

30

мм. Увеличеиие

200'

10.28);

перестаривание (при сварке состарен­

оплавление упрочняющих фаз в пере­

ных сплавов), при водящее к укрупнению уп­

старенных сплавах, при водящее к образованию

рочняющих

фаз

и

снижению

механических

свойств;

горячих микронадрывов в 3ТВ и падению жа­ ропрочности (рис.

10.29).

Развитие указанных негативных явлений зависит

го

от длительности

нагрева,

исходного

высокотемпературно­

состояния

сплава

и

его

химического состава, определяющего стабиль­

ность фаз при нагреве.

10.5.2.1.

ТРЕЩИНЫ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Трещины генных

при сварке.

никелевых

сплавов

При сварке гомо­ (типов

Х20Н45,

ХН69ВТ, ХН78Т) возможно образование кри­ сталлизационных,

а также подсолидусных

ГТ

в металле шва. Последние имеют диффузион­ а) Рис.

6)

10.27. Структура шва при большой (67 м/ч) и (6 м/ч) скоростях сварки сплава Х20Н80Т, толщииа 2 мм (соответствеиио а и 6). Увеличеиие 5'

малой

ную природу и образуются в результате разви­ тия

высокотемпературной

ползучести

в

металле

шва

дислокационной

снеравновесной

структурой.

При сварке гетерогенных сплавов наряду

с возникновением ГТ в шве более вероятно их

83

СВАРКА НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

появление

где велика

сварка в закаленном (аустенитизиро­

протяженность ТИХ! из-за наличия легкоплав­

в ЗТВ (см. рис.

ванном) или перестаренном состоянии (значе­

ких ликватов (сульфидов, боридов и т.д.), зна­

ние

10.29),

чительны температурные деформации вследст­ вие высокой жаропрочности сплавов и

мала

пластичность ввиду крупнозернистой структу­

ры, формирующейся при нагреве под закалку до

1250

ос.

Металлургические

способы

предотвра­

щения ГТ: повыщение

месям

(переплав,

(табл.

чистоты

по

при­

металлургия)

10.57);

при

полноты

прокатке сплавов,

циировать

сварке

в

У кр ,

скорости

химического

аустенитизированном

вышается в

1,5 - 2

несмотря

состава

шва,

состоянии

на при по­

раза вследствие пониженной

прочности сплава); перестаривание

сплавов,

которое

ук­

рупняет у'-фазу и повышает ее термостойкость при сварочном нагреве, ослабляя разупрочне­ ние в ЗТВ

и расплавление фаз по границам

зерен.

ограничение

ции

сплавов

гранульная

критической

неизменность

Технологические

рекристаллиза­

позволяющее ини­

рекристаллизацию

при

сварке

способы

предотвраше­

ния трещин при сварке:

снижение

и,

до

минимума

погонной

соответственно, снизить сегрегацию в услови­

энергии (многопроходная сварка неплавящим­

ях ускоренной миграции границ зерен в ЗТВ

ся электродом, электрон но-лучевая, лазерная и

при сварке;

импульсно-дуговая сварка);

10.57. Влияние

ограничение скорости

способа выплавки на

сопротивляемость ГТ при сварке сплава

срастаются

Х20Н45М4В3БГ

Тн . г ,

Способ выплавки

сварки

до

зна­

чений, при которых кристаллиты в центре шва

боковыми

гранями

под

малым

углом;

ТИХ,

Укр'

10',

ос

ос

м/с

1238

100

0,95

применение электромагнитных полей и других внешних воздействий для измельче­

ния элементов первичной структуры; В индукционых

применение теплоотводящей оснастки

печах

и охлаждающих сред (подача паровоздушной

ВДП

1268

71

1,02

ЭШП

1277

57

1,21

смеси на сварочную ванну); оптимизация

у с л о в н ы е

ЭШП

-

о б о з н а ч е н и я:

ВДП

и

вариантов по ГОСТ

переплавы;

ТИХ,.

Тн . г -

нижняя

граница

26389-84.

более употребляемых присадок приведена в табл.

10.58. Сопротивляемость

состава

Сопротивляемость образованию ГТ наи­

соответственно вакуум но-дуговой и злек­

трошлаковый

химического

шва путем оценки технологической прочности

10.58.

металла шва образованию ГТ и

его длительная прочность при

800 ос ад, МПа

Состав шва

У кр , мм/мин после сварки

после выдержки при

700 ос

в течение J 6 ч

ЭП

435

(Св-ХН78Т)

1,0

50

ЭП

602

(Св-ХН75МБТЮ)

2,4

-

ЭП

868

(Св-ХН60ВТ)

3,0

90

ЭП

367

(Св-06ХI5Н60МI5)

4,5

100

110

ЭП

533

(Св-08Х20Н57М8В87)

4,0

-

230

ЭП

595

(Св-Х1 lН60М23)

10,0

120

]60

-

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

84

Трещины

при

ПОС.1есварочноЙ

термооб­

работке. Термообработка сварных соединений проводится

с

целью

снятия

сварочных

-

и для восстановления жаропрочности

в сварном соединении. Наиболее эффективно сочетание закалки и старения. Однако на этапе медленного

под

закалку

i--.-=э-=П..,.'О.,-,9:т---т-----т---,----,------.

ж с Б•К

(1200 ...

БЖЛ-/Z9

•

5 1---+-----t-"ж~с'""6'-----+_--t_-_t-----1 .эп 867

.эп 8п ЭИ 9Z9 .эп 766

JП ZZО.ЖС6КП

• .;КСЗДК

•

41----+---+---+---t-----t---i

ОС) сварных конструкций, имеющих все­

1250 гда

нагрева

L, 0/.

напря­

жений, а для гетерогенных термоупрочняемых сплавов

А

внутренние

интервале

напряжения,

дисперсионного

ют трещины.

Они

вызваны

времени деформаций сварочных объема

выдержки

в

возника­

совпадением

во

металла при релаксации

напряжений

при

и

твердения

от

дисперсионном

уменьщения

его

твердении

ох­

и

z Wy4"'o6f:,~!7')o~_+--t_--+---j

рупчивания от упрочнения зерен. Это обуслов­ ливает

внутризеренное,

проскальзывание

щее

к

нения

по

хрупкому

затем

при водя­

сварного

соеди­

оси щва по 3ТВ, поперек

типа

толстолистового

межзеренное

зерен,

раэрущению

параллельно

шва (трещины

а

границам

частокол),

металла

-

а

при

сварке

трещины

в 3ТВ,

ориентированные ортогонально к линии сплав­ ления.

Рнс.

10.30. Сравннтельная

образованню трещнн прн термообработке:

1,1/- соответственнохорошо и удовлетворительно свариваемые сплавы; 1/1 - сплавы, не подлежащие

Наиболее склонны к обраэованию трещин при термообработке сварные соединения из

сплавов

с

сварке плавлением

по­

вышенной геометрической жесткости, а также соединения

оценка склонностн

сварных соеднненнй разлнчных сплавов к

L (Ti + Al) > 4 %,

сплавов,

упрочненных

Способствуют

титаном

и

предотвращению

алюминием.

трещин

при

имеющие максимальный темп старения. Срав­

термообработке также все способы рафиниро­

нительная оценка склонности сплавов

вания сплавов, измельчения зерна в 3ТВ, сни­

разрушениям рис.

при

термообработке

к таким

дана

на

Главная причина трещин при тер­

10.30.

мообработке сварных конструкций

состоит в

оплавлении границ зерен в 3ТВ при сварочном нагреве, рующих

которое инициирует сегрегацию леги­ и

примесных

после затвердевания

ходом

из

атомов

-

зоны

периферии

жаропрочность

и

границы,

а

зерен,

развивается

и

обраэование

где

В сплавах, легированных ниобием вместо

титана, ослаблена интенсивность старения. Это позволяет

на

сварочные

этапе

напряжения

старения

ускорением

соединения

снизить

механизма

релаксации в шве и 3ТВ, а на втором жаропрочность

1,5

нагрева

по

их

границам,

сведения

к

с) времени высокотемпера­

при

сварке

и

повышения

ско­

рости нагрева при проведении послесварочной

термообработки

::;60

раэвитию старения

10.5.2.3.

ОС/мин, что препятствует

в стадии нагрева.

-

повы­

старением,

ОХРУПЧИВАНИЕ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

высокотемпера­

проскальзывания.

сить

турного

понижена

турная ползучесть по механизму межзеренного

первом

сегрегации

минимуму (до

миграцию границ с вы­

обогащенной

обедненной

на

жения

Высокотемпературное В процесс е длительной эксплуатации

охрупчивание.

высокотемпературной

снижается

предел

длительной

прочности и пластичность основного металла и

сварных соединений. Однако интенсивность их снижения

выше для металла шва и 3ТВ, осо­

бенно в условиях циклического ратурного нагружения,

высокотемпе­

из-за:

изменения морфологии у'-фазы в ре­

приблизив его к прочности основного металла. Такие сплавы, например ХН62МБВЮ с упроч­

зультате

няющей у'-фаэой

при сварке, приводящего к пластинчатой фор­

обраэованию ботки

при

NiJ(Nb,

трещин

в

сохранении

прочности до

800

А 1), не склонны процессе

к

термообра­

значительной

жаро­

при

соединении

деформации

ме выделений ll-Фаэы с ромбической решеткой, некогерентной матрице;

преобраэования

ОС. Они эффективны и в ка­

честве сварочных материалов

высокотемпературной

МеС

во

вторичные

первичных

Ме6С

и

карбидов

Ме 2з С 6 ,

имею-

СВАРКА НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

щие

пластинчатую

форму

и

выпадающие

на

границы

85

возможны

продолжение миграции

и

уход границы из зоны обогащения, где при

границах;

образования

оксидов

Ме20

вследст­

повторном нагреве формируются карбиды и

вие диффузионного окисления сплавов по меж­

интерметаллиды.

зеренным границам;

швов к межкристаллитной коррозии способст­

разнозернистости

металла

в ЗТВ

от

концентрации

высокотемпературной

склонности

вуют легирование ниобием, исходя из соотно­ шения

сварочного перегрева;

Подавлению

<550

Nb/C ~ 20 Nb/C ~ 40

ос и

при

работе

соединений

при более высоких темпе­

ползучести в металле щва и ЗТВ, межзеренного

ратурах длительной эксплуатации, ограниче­

проскальзывания,

ние содержания углерода

трещин

при водящего

у включений

к

зарождению

и ступенек,

образовав­

(:'>0,03 ... 0,06 %)

и

аустенитизациясварных соединений. Радиационное охруnчивание. Под воздей­

щихся на границах при выходе дислокаций.

Чем короче длительность высокотемпера­

ствием нейтронов, а-частиц в кристаллической

турного нагрева при сварке и меньще разница в

решетке металлов образуются гелиево-водо­

сопротивлении деформированию

родная фаза и вакансии, так как атомы твердо­

металла щва,

ЗТВ и основного металла, тем слабее развива­

го тела выбиваются из своих регулярных по­

ются указанные необратимые изменения, выще

ложений и переходят в междуузлия, что спо­

эксплуатационные

свариваемость

собствует развитию диффузионных процессов,

Охруnчивание металла под воздействие.'>!

стичность. Высокотемпературныесвойства под

агрессивных сред. Оно вызывается преимуще­

действием облучения изменяются по различ­

ственно сульфидной и межкристаллитной

ным

свойства

и

сплавов.

возникновению пор

розией. Сульфидная

кор­

коррозия связана с обра­

законам

в

и

трещин и

снижает пла­

зависимости от

состава сплавов и

химического

его структуры. Наиболее

зованием легкоплавких сульфидов никеля

NiS 81 О ОС) при наличии в высокотемпера­

сильно

(Тпл =

дисперсионно-твердеющих сплавов (особенно

турном газовом потоке сернистых соединений.

для сварных швов), содержащих цветные ме­

Сульфиды имеют БО;IЬШИЙ объем, что вызыва­

таллы: кобальт, бор и др. Значительно меньшее

ет

разрыхление

металла

и

проникновение

снижаются

длительная

прочность

у

влияние оказывает нейтронный поток на гомо­

сульфидов на границы зерен, особенно сильное

генные сплавы, не склонные к дисперсионному

в

твердению.

восстановительных

средах,

где

нет

плотных

оксидных защитных пленок. Чем крупнее зер­ но в металле шва и ЗТВ, чем больше сварочные напряжения

турного

и

длительность

нагрева

при

сварке,

высокотемпера­

восстанавливаются

Свариваемость

облученного

материала

(что важно при разработке ремонтной техноло­

стой­

гии ядерного оборудования) также понижена в связи с повышенной склонностью к порообра­

коррозии

зованию, а также возникновению ГТ в ЗТВ по

к основному

Межкристаллитная единений

отличается

ниже

свойства

кость сварных соединений против сульфидной по отношению

тем

Их

после отжига при 0,57Тпл , К.

металлу.

коррозия сварных со­

от

основного

металла

локальностью. Она сосредоточена в ЗТВ и раз­ вивается ным

> 1250

вдоль

линии

границам

зерен,

550 ... 900

ных

материалов и

технологии должен быть

направлен на снижение гетерогенности швов и

по

указан­

концентрации высокотемпературныхдеформа­

претерпевшим

нагрев

ций, влияющих не только на появление ГТ, но

сплавления

ос и частичное оплавление, а также про­

вокационный

механизму гелиевой хрупкости. Выбор свароч­

повторный

нагрев

в

интервале

ос (сенсибилизацию) либо замедлен­

и

на длительную прочность сварных соедине­

ний по закону технологического наследования

дефектов кристаллическогостроения.

ное охлаждение после сварки в указанном ин­

10.5.3. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ И СВОЙСТВА

тервале температур.

Рост зерен

СОЕДИНЕНИЙ

при сварочном нагреве, со­

вершающийся диффузионным путем, при водит к накоплению на границах элементов с малой

ВЫБОР СПОСОБОВ И РЕЖИМОВ СВАРКИ

10.5.3.1.

диффузионной подвижностью. Наименее под­

При

сварке

вижны атомы титана. Накопление этих элемен­

сплавов

тов

сохранение

должно

вызывать

локальное

снижение

плавлением

главная проблема жаропрочных

-

свойств

в

температуры плавления и обогащать границы

зоне

примесями из-за большей растворимости эле­

вов

ментов в жидкой фазе. После затвердевания

послесварочной термообработки.

сварки,

-

и

а

при

сварке

предотвращение

гомогенных

выбора режимов сплавов

гетерогенных

трещин

в

спла­

процессе

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

86

Наиболее общий принцип

-

мов

максимально

времени

выбора режи­

возможное

высокотемпературного

сокращение

В ряде случаев возможна оптимизация раздел­

уве­

ки, в том числе создание припуска в зоне гри­

уменьщение

бовидности шва после сварки. Наиболее эф­

размеров сварочной ванны, снижение свароч­

фективным переходом к благоприятной форме

ных напряжений. Указанные требования

шва является сварка толстолистового металла

личение

скорости

охлаждения

нагрева,

фокусировки луча с двойным преломлением.

и

вы­

полняются при сварке наиболее концентриро­ ванным

источником

энергии

-

лазерным

электронным лучом на скорости Однако

при

электрон но-лучевой

м/ч.

:0;50

однопроходной

или

сварке

дуговой

сварке с больщой

и

скоро­

стью металла средних и больщих толщин име­ ет место повышенная

склонность

нию ГТ в 3ТВ, ориентированных ли

к линии

сплавления

шва (см. рис. сварке ния

-

10.29).

в

к образова­

по ортогона­

поперечном

сечении

При электрон но-лучевой

наибольшая вероятность их образова­ в зоне перегиба линии сплавления, под

«грибком» (см. рис.

10.31).

Выявлено, что тре­

щины данного типа вызваны малой теплопро­

водностью и большой жаропрочностью спла­ вов, приводящих к несинхронности

в развитии

пика сварочных деформаций по отношению к пику температур. В результате этого наиболь­ ший темп растягивающих деформаций

в ме­

талле 3ТВ развивается в период затвердевания

легкоплавких

ликватов

и

сегрегатов

в

3ТВ.

Образование шва с грибком усиливает это яв­ ление тем, что горячий металл, выдавленный

избыточным давлением в парогазовом канале из сварочной ванны, является для верхних сло­ ев

3ТВ

вующим

вторым

источником

нагрева,

дейст­

в период пика растягивающих темпе­

Рекомендовано для предотвращения ГТ в

при

дуговой

сварке

снижать

скорость

сварки, а при электрон но-лучевой еще умень­

шать грибовидность формы шва, переходя к швам кинжальной формы, путем специальной

лучом,

резко

снижающим

с

присадкой

по

щелевому

зазору

0,5 ... 1 мм. Выбор режимов сварки давлением обу­ словлен более высокой жаропрочностью спла­ вов

и

большим

этому

с

ментов

электросопротивлением.

увеличением давление

на

доли

легирующих

электродах

По­ эле­

повышают,

а

силу тока снижают. Чтобы уменьшить пере­ грев,

или

электроды

омывают

и

изделие

струями

помещают

воды.

в

воду

Перед сваркой

поверхности деталей тщательно зачищают или

обезжиривают травлением.

Сплавы с

(Ti + AI) > 4 %

являются пло­

хосвариваемыми. Такие сплавы рекомендуют соединять диффузионной сваркой и пайкой. Выбор сварочных .wатериа·70в. При выбо­ ре

сварочных

материалов

необходимо

исхо­

дить из предотвращения ГТ в шве и 3ТВ, тре­

щин при термообработке, а также обеспечения равной жаропрочности сварных соединений и

основного сплавов

металла.

При

применяют

сварке

гомогенных

присадочные

проволоки,

близкие по химическому составу к основному. Отличия состоят в увеличении доли элементов, повышающих

ратурных деформаций. 3ТВ

горизонтальным

давление в парогазовом канале, особенно при

энергию

активации

процессов

диффузии (молибден, вольфрам, марганец), и в уменьшении

упрочняющих

добавок

(титан,

алюминий).

Типовые составы присадочных материа­ лов приведены в табл. При

большим

сварке

10.59.

гетерогенных

содержанием

используют

титана

присадочные

сплавов

и

с

алюминия

проволоки,

в

кото­

рых часть титана заменена ниобием. Это обес­ печивает снижение интенсивности шва

при

нагреве

под закалку

упрочнения

по отношению

к

основному металлу с ускоренным старением.

Выбор режu.wов послесварочной термо­ обработки. Для гомогенных сплавов рекомен­ дуется аустенитизация сварных узлов при тем­

пературе

1050... 1200

ОС, которая при водит к

растворению избыточных фаз, а также к снятию сварочных напряжений, что повышает работо­ способность сварных соединений в коррозион­ Рис.

10.31. Типовая

геометрия шва, получеииого

электроиио-лучевой сваркой, с П в ЗТВ (под грибком), сплав ХН67ВМТЮ толщииой Увеличеиие

5'

27

мм.

ных средах (табл. ных

10.60).

При сварке гетероген­

дисперсионно-упрочняемых

сплавов

по­

слесварочная термообработка включает аусте­ нитизацию и стабилизирующий

отжиг. Более

СВАРКА НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

10.59. Типовые

составы присадочных материалов Массовая доля,

Марка сплава

С

ВЖ98

87

%

Si

Мп

Р

S

W

Сг

Мо

Fe

В

0,8

0,5

0,005

0,01

13... 16

23,5 ... 26,0

-

0,4

-

1,0

0,02

0,02

18,0... 21,0

0,6

0,3 ... 0,55

0,1 ЭП683

0,5

-

1,0... 2,0

ЭП

367

0,04

ЭП

533

0,01

0,6

ЭП

648

0,1

0,4

0,015

0,01

АI

Ti

Nb

-

14,0... 16,0

-

г----

14,0... 16,0

4,0

-

0,3 ... 0,7

7,0... 9,0

19,0... 22,0

7,0... 9,0

3,0

0,005

0,04

2,3 ... 2,5

4,3 ... 5,3

32,0... 35,0

2,3 ... 3,3

4,0

0,008

0,5 ... 1,1

0,5 ... 1,1

0,5

10.60. Жаропрочность

0,5... 1,1

сварных соединений никелевых сплавов Условия испытания

Сплав

Способ

Испытуемый

сварки

образец

.;

Время до

;>.

::

разрушения,

~~

<1)

...'"

о-

НХ77ТЮР (эп 437Б) НХ77ТЮР (эп 437Б) ХН60ВТ

ХН60ВТ ХН67МВТЮ (эп

202)

ХН67МВТЮ (эп

202)

Х35Н50ВМ (эп

648)

Х35Н50ВМ (эп

648)

-

элс" АДС'"

-

элс

'"

~~

...

'"::

<1)

НХ77ТЮР

,.,1::

с::

::;

(ЭП 437Б)

::;:

115 700

Место разрушения

с::

ОСНОВНОЙ металл

Сварное

ч

44

ОСНОВНОЙ металл

89 По шву

соединение

30 ОСНОВНОЙ металл

1281182'

ОСНОВНОЙ металл

10

Сварное

2031115'

соединение

По шву

800

элс

-

Лазерная без присадки

ОСНОВНОЙ металл

130 25

Сварное

110

соединение

ОСНОВНОЙ

ОСНОВНОЙ металл

Сварное

60

100

50

182

900

соединение

• Аустенитизация 1200 ос в течение 1 ч на воздухе . .. Электронно-лучевая сварка. ... Аргонодуговаясварка.

металл

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

88 эффективна

двукратная

обработка,

которая

Более высокие свойства отмечены при исполь­

формирует глобулярную структуру карбидов и

зовании проволоки ВЖ

у'-фазы

рам, и ЭП

по границам.

Последующее

900

пенчатое старение при

850

при

двухсту­

ос в течение

ос в продолжение

15

8

ч и

ч способствует

98,

содержащей вольф­

легированной молебденом

583,

и

бором. Наиболее прочные соединения получа­

ются в случае применения проволоки ЭП содержащей

зирует

алюминий. Преимущества электрон но-лучевой

структуру

температурной

для

последующей

эксплуатации,

высоко­

но не изменяет

сварки

и

(см. рис.

10.5.4. ЖАРОПРОЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ

10.32

рис.

приведены

результаты

и длительной прочности сварных соединений полученных лучевыми и дуго­

202,

533

и

подтверждены

Наиболее высокие свойства соединений электрон но-лучевая

сварка,

а

10.32,

б). Однако проволока ЭП

вания трещин при сварке (см. табл.

533

худшие

-

10.58).

Сравнение механических свойств соеди­ нений

табл.

из

различных

сплавов

приведено

в

10.60. Высококачественные сварные соединения

выми способами сварки. дает

ЭП

титан

уступает друтим по стойкости против образо­

сравнительных исследований кратковременной

сплава ЭП

проволоки

молебден,

также и при испытаниях длительной прочности

морфологию карбидов.

На

вольфрам,

533,

выделению у'-фазы в объемах зерен и стабили­

гомогенных ются

никелевых

высокими

сплавов

значениями

характеризу­

жаропрочности

сопротивляемости

аргонодуговая

Более существенно снижаются при аргоноду­

сварка

обеспечивает

средние

Существенно влияет на кратковременную химический

материалов.

Наименее

состав

присадочных

прочны

соединения,

полученные с применением гомогенной при са­ дочной

проволоки

усталости.

говой сварке жаропрочные свойства для свар­

свойства соединений. прочность

термической

и

ручная аргонодуговая сварка. Автоматическая

ЭП

367

(см. табл.

10.58).

ных

соединений

сравнению

гетерогенных

с основным

электронно-лучевая соединения,

и

сплавов

металлом.

лазерная

мало отличающиеся

по

При этом

сварки

дают

от основного

металла.

бв.МПа

100 900

ВООП~~SЗ

i'~"" "" ...". ;:::;

700

600

<:::> .....

500

tO

'1-00

с:::

~ I

'" :х:

'" ~ ~

Ручная сВарка, А6mонаmuчес s = 15,.,,., кан сбарка,

300

~ I--r-:.....,,....:.-r--_+.>-S-=~l-,.,~I'f~~

гоо

~

t--t-'-+_-+----г--т---,r-~+_-+--+-_...:...:..........:....j~

100 О

,..,

ПрuсаiJоч-';?, ныu

ма­

<::: <>,

mepuaл; ;; ~ Рис.

10.32.

.... .... ..., ...,"" "" ~

с::: <>,

а}

~

~

,..,,.., ""

~

,.., ...,

'"

'"

'"

'"<:::

с»

~

'"<:::

Кратковремеииая прочиость свариых соедииеиий сплава ЭD

температурах

700

и

850 ос,

202

(ХН67ВМТЮ) при

получеииых дуговыми и лучевыми способами сварки с примеиеиием

присадочиых материалов различиого состава после закалки при

15 ч

'"<::: 1200 и

стареиия при

(а); длительная прочность тех же сварных соединений при температурах

700

850 ос в течение и 900 ос (6)

СВАРКА ЧУГУНА

10.6. СВАРКА

ЧУГУНА

89

вязкостью.

Ковкий

чугун

имеет однородные

свойства по сечению, в его отливках отсутст­

10.6.1.

ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ

вуют напряжения, ему при суши высокие меха­

ЧУГУНОВ

Чугун

представляет

нические свойства, он хорошо обрабатывается.

собой

многокомпо­

нентный сплав железа с углеродом, содержа­ ший

>2,1 %

С. Кроме углерода в чугуне обыч­

но содержится (в а также

0,25 S,

%): до 4 Si; 2 0,1 Сг, Ni или Си.

В зависимости

Мп;

Р;

0,3

от состояния

углерода

в

химического

соединения

с железом

-

трудно

НВ) и хрупкостью, поэтому

(800

стики

>0,15

ковких

1215-79.

поддается

механической

обработке.

Из-за этого белые чугуны нашли ограниченное

S.

чугунов

определены

ГОСТ

Ферритные чугуны отличаются более

В

промышленности

странение

чугуны.

В

7293-85)

высокопрочном

для

получения

распро­

легированные

чугуне

(ГОСТ

го графита. Содержание основных элементов в

риалов

основном

и

углерод находится в виде шаровидно­

0,9

в

получили

высокопрочные

таких чугунах составляет (в

служат

0,9 ... 16 Si;

Основные характери­

применение в качестве конструкционных мате­ и

С;

%): 2,3 ... 3

Р и

чивают лучшую износостойкость.

це­

ментита (FезС). Цементит обладает высокими твердостью

Мп;

высокой пластичностью, а перлитные обеспе­

чугуны.

В белом чугуне весь углерод находится в виде

ной или перлитной. Состав основных элемен­ тов в ковком чугуне (в

0,3 ... 1,2

сплаве различают белые, серые, ковкие и высо­ копрочные

В зависимости от режима термообработ­ ки основа ковкого чугуна может быть феррит­

Мп;

0,1

Сг;

0,02 S; 0,1

Р;

%): до 38 С; 2.9 Si; 0,08 Mg. Чугуны с

ковких чугунов. При длительном обжиге бело­

шаровидным графитом значительно превосхо­

го чугуна цементит в нем распадается и

дят по характеристикам

угле­

серые

чугуны.

в част­

ности по износо-, жаро- и коррозионной стой­

род выделяется в свободное состояние. Серые чугуны в изломе имеют серебри­

кости.

Легированные

стый цвет из-за наличия в них пластинчатых

чугуны

выпускаются

со­

включений графита. Они широко используются

гласно ГОСТ

в литейном производстве и выпускаются в со­

жаростойкие хромовые чугуны, а также корро­

ответствии с ГОСТ

Прочность серого

1412-85.

чугуна с пластинчатым графитом при растяже­ нии

находится

твердость гунов

в

в

пределах

140... 290

120.. .440

МПа,

НВ. Структура серых чу­

зависимости

от

состава

и

условий

7769-82.

Они подразделяются на

зионно-, износостойкие и

др.

Такие чугуны

легируются хромом, никелем, кремнием, маг­

нием, медью и другими элементами. В легиро­

ванных чугунах с содержанием до

10 % Ni,

Сг

и Мп и более имеют место перлитно-карбид­

охлаждения может быть сперлитной, перлит­

ные, бейнитные, мартенситные и аустенитные

но-ферритной и ферритной основой.

основы.

Наличие свободного графита в чугуне (до

50 %

10.6.2.

С) оказывает влияние на его свойства.

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ЧУГУНА

Увеличение количества и размеров графитовых

Высокое содержание углерода, кремния,

включений и неравномерность их распределе­

серы и фосфора в чугуне относят его к трудно­

ния

свариваемым

уменьшают

прочность чугуна.

Вместе с

сплавам.

тем, свободный графит придает чугуну износо­

затрудняюшим

стойкость, высокие литейные свойства, хоро­

никновение трешин

сварку

Основным чугуна,

фактором,

является

в процессе сварки

воз­

и охла­

шую обрабатываемость режушим инструмен­

ждения после сварки из-за образования хруп­

том и высокую сопротивляемость при знакопе­

кого легкоплавкого сплава

ременных

гаюшегося

нагрузках.

Все

это

обусловливает

по

границам

Fe - FeS,

распола­

металлических

зерен

широкое применение серого чугуна в качестве

железа. Этот сплав при высоких температурах

конструкционного материала.

подвергается значительным объемным измене­

Чугун, полученный из белого чугуна про­ должительным

отжигом

при

температуре

ниям,

что

приводит

к

большим

внутренним

напряженим и трешинам в ОШЗ.

ОС, называют ковким. В отличие от

При сварке чугуна выгорает кремний, что

серого чугуна в ковком углерод находится не в

вызывает появление отбеленных зон с высокой

800 ... 850

виде пластинчатого графита, а в виде хлопье­

твердостью, склонных к образованию трешин.

видного. Ковкий чугун по сравнению с серым

Образуюшиеся при этом оксиды кремния име­

чугуном обладает более высокой прочностью

ют

(300 ... 630

МПа),

пластичностью

и

ударной

температуру

плавления

выше,

чем

ваемый металл, и препятствуют сварке.

свари­

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

90 Особенно нию

серые

склонны

чугуны

с

ными графитовыми стинок,

что

перлитным

к

трещинообразова­

крупными

выделениями

несвойственно

чугунам

включениями,

многочислен­

ствие благоприятной

свариваемых

полном

подогреве

600 ... 700

мелкозернистым

с мелкими

а также

в виде пла­

догрева

ковким

формы

графитовыми

чугунам

вслед­

графита и боль­

пор

в

ванны, что при водит к

наплавленном

металле.

Водород, азот, водяной пар и оксид углерода могут

поступать

в

при

температуры

с.

щей очередности: механическая обработка под

сварку, формовка свариваемых деталей, нагрев, сварка и охлаждение сваренных деталей.

Механическая обработка заключается в

Сварка чугуна сопровождается выдлени-­ образованию

-

горячая

до

Горячая сварка осуществляется в следую­

шой его разобщенности. ем газов из сварочной

0

деталей,

деталей

ванну

из

окружающего

вырубке дефектных участков, зачистке их от масла. Для предотвращения распространения трещин концы их перед сваркой рекомендуется засверливать.

ат­

мосферного воздуха, при садочных материалов

Предварительный нагрев деталей осуще­ ствляется в горнах или переносными горелками.

или образуются в результате реакций в жидком металле,

например

Важнейшими являются жидком

при

выгорании

причинами

повышенная

растворимость

пор

газов

в

металле и ее резкое падение при осты­

вании металла, в особенности при его кристал­ лизации.

Чугунные родный

конструкции

химический

сечению

вследствие

охлаждения

тонких

имеют

состав

и

толстых

неодно­

структуру

неоднородной и

по

скорости

участков

отли­

вок. В зависимости от скорости охлаждения на

отдельных тонких участках

происходит отбе­

ливание чугуна, а на других (толстых) сохраня­

ется

структура

серого

чугуна.

Отбеленный

чугун с крупной структурой сваривается хуже, чем чугун с мелкой структурой.

10.6.3.

10.6.4.

углерода.

возникновения

ется для устранения дефектов литья при ре­ монтных работах на чугунных деталях. Газовое пламя

регулировать

талл

и

обеспечивает

тепловые

пото­

ме­

требуемые термические

циклы сварки чугуна. Крупные дефекты можно устранять,

применяя

одновременно

несколько

сварочных горелок.

Для сварки чугуна служат обычные се­ рийно выпускаемые сварочные горелки, рабо­ тающие на ацетиленовом

пан-бутановом.

пламени

Учитывая

наплавленного

металла,

рекомендуются

горелки

газах-заменителях

Чугун подвергается сварке при:

или на про­

большие для

сварки

«Факел»,

3 - 5.

применяются

объемы чугуна

«Норд»

и

Для сварки на горелки

типа

ГЗУ-3, ГЗУ-5. При газовой сварке чугуна используются

устранении дефектов в отливках; ремонте деталей, вышедших из строя

чугунные прутки марок А и Б (ТУ

(табл.

в процессе эксплуатации; сварно-литых

позволяет

ки в свариваемое изделие и присадочный

другие с наконечниками N~

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ ЧУГУНА

изготовлении

ГАЗОВАЯ СВАРКА ЧУГУНА

Газовая сварка чугуна широко применя­

конст­

10.61),

2-043-1193-87)

в которых повышенное содержа­

ние кремния обеспечивает графитизацию угле­ рода, устраняет отбеливание чугуна, придает

рукций. Чугун можно сваривать газовой сваркой;

наплавленному металлу ферритную структуру.

ручной и механизированной дуговой сваркой;

Для

электрошлаковой и термитной сваркой; залив­

структур

кой жидким чугуном и др. Выбор метода свар­

присадочные

ки

чугуна (табл.

зависит

от требований,

предъявляемых

к

получения

более

наплавленного прутки

из

плотных

перлитных

металла

используют

низколегированного

10.62).

от производственных

При газовой сварке чугуна необходимо

возможностей. При выборе метода сварки учи­

применять флюсы, которые защищают кромки

тывают: необходимость в механической обра­

металла от окисления, из жидкого металла из­

сварному

ботке

соединению,

металла

шва

и

и

ОШЗ;

необходимость

влекают оксиды и неметаллические включения.

получения однородного металла шва; требова­

Основным

ния

чугуна является бура

к

плотности

сварного

шва;

характер

на­

компонентом

грузки, при котором должны работать свари­

добавляют (в

ваемые детали.

трия,

Различают

холодную

и

горячую

сварку

чугуна. Холодная сварка выполняется без по-

25

%):

до

углекислого

флюсов для

сварки

(Na2B407). Иногда к ней 25 ... 50 углекислого на­ калия, до 50 натриевой

селитры. Порошковые флюсы применять при сварке не всегда удобно.

СВАРКА ЧУГУНА

10.61. Состав

чугунных присадочных прутков для сварки Массовая доля,

Марка прyrка

углерода

А

кремния

серы

3,0...3,4

3,0...3,5

Б

0,08

3,5...4,0

10.62. Состав

91

Применение

% фосфора

0,2...0,4

марганца

хрома

никеля

0,5 ...0,8

0,05

0,3

0,3 ...0,5

низколегированных чугунных присадочных прутков для сварки Массовая доля,

%

Марка

фосфора

серы

прyrка

углерода

кремния

хрома

марганца

не более

1

3,3...3,5

0,5 ...0,7

3,4...3,7

11

0,04

0,15

0,10

0,5 ...3,7 Массовая доля,

Марка прyrка

1

0,1

11

0,60

%

титана

никеля

меди

олова

-

0,3 ...0,5

2,0...2,5

-

0,10

Для устранения отбеливания наплавлен­

ваемый в момент подогрева и разделки дефекта

ного металла сварку чугуна чугунными при са­

свариваемого изделия, улучшает процесс свар­

дочными

выпол­

ки, при этом достигается равномерный шлако­

изделия

вый покров с большим поверхностным натя­

нять

до

с

материалами

рекомендуется

предварительным

600 ... 650

подогревом

ОС и последующим охлаждением

жением,

чем

при

использовании

порошковых

его со скоростью ~100 ОС/ч. В этом случае га­

флюсов, что обеспечивает образование ровного

рантируется отсутствие цементита и мартенси­

валика без натеков.

та в сЧ'уктуре наплавленного металла и в ЗТВ

при горячей газовой и газофлюсовой сварке не

и обеспечивается равномерность металла свар­

устраняет

ного шва и основного металла.

(250 ... 280

Горячая газовая сварка применяется для устранения сквозных трещин в

малогабарит­

Прочность металла шва

прочность

основного

МПа), и твердость его

металла

(170 ...220

НВ)

обеспечивает хорошую обрабатываемость де­ тали.

ных отливках, раковин, вскипов, пористости в

Для выполнения работ по газофлюсовой

жестком контуре (середине направляющих, в

сварке ФГУП «ВНИИавтогенмаш» разработало

ребрах жесткости, середине плоскости и т.д.)

и выпускает установки КГФ-5. ДЛЯ устранения дефектов, выявленных в

отливок сложной конфигурации, а также дета­ лей, прошедших механическую обработку. Местный нагрев используется при допу­

щении некоторого коробления изделия и рас­

процессе ботки

окончательной

отливок,

частичным

ная сварка при меняется в том случае, если сва­

основного металла.

неответственные

детали

с

обра­

ную пай ко-сварку чугуна, осуществляемую с

положении деталей в жестком контуре. Холод­ риваются

механической

применяют низкотемператур­

поверхностным

расплавлением

Пай ко-сварка чугуна может выполняться

малыми

объемами наплавленного металла (небольшие

с

бобышки, уголки, отбитые части в отливках и

тунными припоями и газопорошковой наплав­

чугунными

т.д.). В качестве горючего газа при сварке чу­

кой.

гуна используют ацетилен, пропан, природный

раковины,

газ и др.

сквозные трещины.

Для

получения

наплавленного

Таким

присадочными

образом

вскипы,

процессе

материалами, ла­

устраняются

усадочные

поры

различные и

мелкие

низкотемпературной

пайко­

металла

В

без пор высокой плотности применяется газо­

сварки

флюсовая сварка. Газообразный флюс, пода-

жидкого припоя под действием флюса и давле-

жидкая

ванна

не

образуется.

Капля

r.laBa 10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

92

ния

газового

пламени

растекается

тонким

в качестве припоев используют латунь

сло­

ем по основному металлу. Часть жидкого при­

Л63

поя под действием капиллярных сил заполняет

табл.

пустоты, образующиеся

более ПЛОТНblЙ паяно-сварной щов и обеспечи­

присадочного

в чугуне. Смачивание

металла с чугуном

обеспечива­

вает

ется за счет активных добавок,

вводимых

флюс, которые взаимодействуют

с углеродом,

разрыхляют

его,

межфазную

поверхностную

щает

условия

плавленного

что,

в свою

смачивания.

металла

в

во

очередь,

снижает

энергию

и

улуч­

Заклинивание

капиллярах

беЗДblМНЫЙ

фЛЮСbl следующего состава (в

Газопорощковой мелкие

дефекты

границе сплавления

верхность,

паяно-сварное

Для

специальные

прутки

чугуна

из

при меняются

после

специальные флюсы (табл.

10.63,

пай ко-сварке используются

%): 100 БУРbl; по

а также специаль­ устраняют

отливок,

обнару­

механической обработки.

подлежащую

наплавке,

300 .. .400

По­

нагревают

Ос.

При на­

плавке вначале наПblЛЯется на дефектную по­ верхность слой порощка, КОТОРblЙ затем оплав­

низколегированного

чугуна, состав которого указан в табл.

см.

16130-90;

наплавкой

ЧУГУННblХ

пламенем горелки до

соединение.

пайко-сварки

При

припоями

50 БУРbl И борной кислоты, Hble фЛЮСbl (см. табл. 9.46).

жеННblе

прочное

процесс.

лаТУННblМИ

металла, а также взаимная диффузия атомов на

и обусловливает

(ГОСТ

59-1-03

Этот припой позволяет получить

9.45).

чугуна

на­

основного

или ЛОК

и

ляется.

10.64).

НаПblЛЯется НОВblЙ слой, КОТОРblЙ также

Для всех процессов пай ко-сварки и пайки

оплавляется. В результате диффузионных про­

используются сварочные горелки, работающие

цессов между расплавленным порощкообраз­

на

ацетиленокислородной

смеси;

последняя

ным сплавом и поверхностными слоями основ­

концентрированный

источник

ного металла образуется неразъемное соедине­

Пайко-сварка чугуна латунными припоя­

ет структурных изменений, что обеспечивает

обеспечивает

теПЛОТbI в требуемом направлении.

ние. Основной металл при этом не претерпева­

ми хорощо зарекомендовала себя при ремонт­

заданные

ной сварке,

твердость

Газопорощковой наплавкой получают на ис­

основного и наплавленного металла не являют­

правляемых поверхностях слой металла тол­

ся браКОВОЧНblМ признаком. Главное преиму­

щиной до

щество пай ко-сварки чугуна латунью заключа­

металла, обеспечивают ускоренный

ется

мерный нагрев порощковых сплавов в пламени

в

том,

плавления изменяет

когда раЗНblе

что

его

латуни

нагрев

(900

структуру

цвета и

ОС)

до

темпераТУрbl

существенно не

металла

и

не

ВblЗblвает

термических напряжений.

10.63.

НЧ-2

3,0... 3,5

3,5 ...4,0

УНЧ-2

3,4...3,7

3,5...3,8

10.64.

ФСЧ-2

мм без расплавления основного

без перегрева основного

и равно­

металла,

%

марганца

фосфора

никеля

титана

меди

серы

0,6...0,7

0,2 ...0,4

0,4 ...0,6

0,15 ...0,2

0,1

:5:0,05

Флюсы для пайко-сварки чугунными прутками

Массовая доля,

%

50 азотно-кислого натрия, 26,5 углекислого натрия, 23 обезвоженной БУРbl, 0,5 углекислого натрия

а

также возможность ведения процесса в любом

Массовая доля, кремния

Марка

деталей.

Состав присадочных чугунных прутков для низкотемпературной пайко-сварки

углерода

флюса

3

размеры

пространственном положении.

Марка прутка

горелки

геометрические

Марка

Массовая доля,

флюса

МАФ-1

33 12

%

плавленой буры,

кальцинированной соды,

27 натриевой сеЛИТРbl, 7 оксида кобальта, 12,5 фтористого натрия, 8,5 фтористого калия

СВАРКА ЧУГУНА

10.65. Состав

порошкообразных сплавов для

93

грузках и требующих плотных швов. Медь не образует карбидов и не растворяет углерод и

rазопорошковой наплавки

железо. Электроды из Массовая доля,

Марка сплава

НПЧ-1

достаточно

кремния

1,0... 1,8

0,7 ...0,95

1,7...2,3

1,0...2,5

К медным ОЗЧ-2

5,0... 7,0 НПЧ-2

порошковой

генмашем

наплавки

разработаны

ВНИИавто­

горелки

типов

ГН3,

ГН4 и ГН5. Предложены и выпускаются по­ рошковые сплавы на никелевой основе, леги­

рованные бором и кремнием, обладаюшие са­

мофлюсующими свойствами, имеющие низкую температуру плавления и цвет, близкий к цвету чугуна.

В табл. образных

10.65

сплавов

приведен состав порошко­ на

никелевой

основе для

наплавки на чугун.

10.6.5. ДУГОВАЯ

СВАРКА ЧУГУНА

Холодная сварка. Холодная сварка серо­ разновидностей:

специальными ными;

покрытиями;

электродами

из

стальными чугунными;

со мед­

никелевого аустенитно­

го чугуна и др.

Стальные электроды на базе проволоки

Св-08

применяют для

декоративной

заварки

поверхностных дефектов с целью восстановле­ ния товарного вида отливок. Лучшими харак­ теристиками обладают электроды типа ЦЧ-4 с проволокой, легированной ванадием, который

при сварке связывает углерод в мелкие карби­ ды,

равномерно

родистой этих

распределенные

матрице.

углеродов

Прочность

превосходит

в

низкоугле­

металла

прочность

шва

серого

чугуна. Электроды ЦЧ-4 используют для за­ варки

дефектов

поверхностей,

обрабатываемых

при

ремонте

Си и

нерабочих

неответственных

электродам

дают

20 % Fe

из

изготовляют

железного

859-78

относятся

Последние

электрода

кото­

порошка. из

марки

имеют основное Стержень

проволоки

М 1 по

или МТ по ТУ 16.К71-087-90.

Указанные электроды предназначены для ду­ говой сварки без подогрева изделий из серого и ковкого

чугунов

при

ремонте

тонкостенных

конструкций.

Покрытые электроды ОЗЧ-2

включают

ферромарганец, карбид кремния, мрамор, пла­

виковый шпат, маршалит. Хорошие результаты при

сварке

чугуна

дают

электроды

сплавов

никеля. Сплавы на основе никеля, используе­ мые для сварки чугуна, делятся на три группы:

чистый

никель,

сплав

никеля

с

железом

(30 ... 50 % Fe) и сплав никеля с медью (20 ... 30 % Си). К этому классу электродов относятся электроды ОЗЧ-3, ОЗЧ-4, никелемедные МНЧ-2 и никележелезные - ОЗЧН-1.

го и ковкого чугунов выполняется электродами

нескольких

и ОЗЧ-6.

покрытие ГОСТ

Для

80 %

прочное сварное соединение,

рое хорошо обрабатывается.

бора

меди

%

Сварка чугуна без подогрева может вы­ полняться

присадочными

материалами

сплавов чугуна на никелевой основе с

в

виде

>20 % Ni.

При сварке таким сплавом в сварном шве обра­ зуется

никелевый

аустенит,

растворяющий

большое количество углерода без образования карбидов.

Сварной

шов

отличается

высокой

пластичностью и малой твердостью. Примерный

(в

%): 2,5

0,2

С,

состав

Мп,

2,5 Si, 0,6

никелевого

20 Ni, 5

чугуна

Си,

0,06 S,

из

70 %

Р. Покрытые электроды

карборунда

и

состоят

углекислого

30 %

бария

или

стронция, разведенных на жидком стекле.

Сваркой электродами из никелевого ау­ стенитного чугуна исправляют дефекты в от­ ливках,

где

механическая

лыми объемами

соединение должно иметь высокую прочность.

не требующих

после сварки механической обработки. Для

сварки

чугуна

можно

применять

затруднительна,

а

наплав­

ленного

наплавления,

металла

обработка

чугунных изделий небольших размеров с ма­

сварное

Сварку выполняют как на переменном, так и на постоянном токе.

электроды УОНИ-13/45. Сварка такими элек­

Для холодной сварки, наплавки и заварки

тродами выполняется на постоянном токе об­

дефектов литья в деталях из серых и высоко­

ратной полярности.

прочных

чугунов

ОЗЖН-1.

Стержень

Для холодной сварки чугуна служат мед­ ные электроды. Ими сваривают малогабарит­

применяют

электрода

проволоки Св-08Н50 по ГОСТ

ные изделия с небольшими дефектами, рабо­

наплавленного металла

тающие

2 % Si

при

незначительных

статических

на-

и Мп, остальное

-

электроды

выполнен

из

2246--70. Состав включает: 48 % Ni, по железо.

Глава

94

10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

для сварки указанных материалов с по­

:'>0,04 S

вышенными требованиями по чистоте обраба­ тываемой

поверхности

нагрузок

при наличии

используют

ударных

электроды

и Р, остальиое

-

железо. В состав по­

крытия электродов включены сильные карби­ дообразующие

ОЗЧ-3,

элементы

(ванадий,

ниобий,

титан), с помощью которых удается связывать

МОЗЧ-4. Стержень электрода

полностью весь углерод и получить структуру

волока марки НП-2 по ГОСТ

- никелевая про­ 2179-75 и 492-73.

шва с ферритной матрицей и распределенными

для сварки изделий из высокопрочного

мелкодисперсными карбидами.

чугуна с шаровидным графитом, серого чугуна

При сварке электродами ЦЧ-4 рекомен­

с пластинчатым графитом, а также для получе­

дуется

ния разнородных соединений чугуна со сталью

300 с.

местный

подогрев

до

температуры

0

ЦНИИТмашем разработаны электроды марки

Химический состав наплавленного металла

ЦЧ-4А. В состав стержия электродов входят

различных электродов и механические свойства

(в

металла шва приведены в табл.

%): 0,2

С,

МN,

0,8

14 Si, 8... 11

10.66. Химический ЦЧ-4

ОЗЧ-3

ОЗЧ-4

Марка

ЦЧ-4

ОЗЧ-2 МНЧ-2 ОЗЧ-6 ОЗЖН-l

ОЗЧ-3 ОЗЧ-4

%)

Si

мn

V

S

Р

Fe

0,5

0,9

8,6

0,014

0,023

Основа

Ni

Си

Мп

Si

Fe

2

Основа

1,8

0,2

10

Ni

Си

Мп

Fe

66

Остальное

2,2

2,9

С

Si

мn

Ni

Cr

Fe

В

Си

0,05

0,3

1,1

1,2

0,7

10

0,2

Остальное

I

С

Si

мn

Ni

Fe

0,1

0,6

0,4

48

Остальное

С

Si

Мп

Ni

Си

Fe

S

Р

:'>0,04

:'>0,14

:'>0,1

~99,0

:'>0,06

:'>0,1

:'>0,005

:'>0,003

Ni

Си

С

Si

0,3

I

мn

0,5

10.67. Механическне

электрода

состав наплавленного металла различных электродов (в

С

МНЧ-2

ОЗЖН-l

10.66 и 10.67.

0,13 ОЗЧ-2

ОЗЧ-6

У,

Временное

495 250

320 510 538 523

I

Fe

Аl

Следы

:'>0,03

1,5

95

Р

S

Р

0,005

0,003

свойства металла шва, выполненного различнымн электродами

сопротивление,

МПа

S

Предел текучести,

МПа

198 340

-

Относительное удлинение,

8 -

14 26 24,4 17

%

Твердость наплавленного металла, НВ

160... 190 150... 200 150 160 200 160 170

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Рекомендуемые режимы сварки

10.68.

Вертикальное

положение

положение

90 110

80 100

3,0

ние,

1973. 224 с. 5. Земзин

4,0

120 140

100 120

5,0

160 190

150 170

6,0

220 250

210 240

обработка и свойства сварных соединений. М.:

Машиностроение,

чутунов,

чугунов

С

шаровид­

ным графитом или других специальных чугу­

нов. Электроды для сварки должны изготов­ ляться

из

стержней,

однородных

основному

металлу. Для получения наплавленного метал­

1978. 367

Зимина

7.

меняется для устранения дефектов в конструк­ ковких

1972.272 с.

Земзин В.Н., Шрои Р.З. Термическая

6.

Дуговая сварка с подогревом. Она при­ из

В.А. Жаропрочность сварных

соединений. Л.: Машиностроение,

прочные

циях

при сварке жаро­

М.Х. Шоршоров, ТА. Чер­

/

нышова, А.А. Ерохин и др. М.: Машинострое­

Нижиее

электрода, мм

Горячне трещины

4.

прочных сталей

Сила тока, А

Диаметр

9S

Л.Н.

никелевые

сплавы

и

Казеннов

Ю.И.,

жаро­

принципы

// МиТОМ. 1977. N2 11.

легирования

8.

с.

Свариваемые С.

их

19 - 22.

Ревизников

Л.И.

Влияние примесных и легирующих элементов

на свариваемость стали со стабильно аустенит­

ной

структурой // Сварочное производство. 1978. N2 11. С. 29 - 31. 9. Квасницкий В.Ф. Сварка и пайка

ла ферритно-перлитной структуры применяют

жаропрочных сплавов в судостроении. Л.: Су­

электроды

достроение,

ПЧ-1.

ЭЧ-1,

изготовленные

Перлитную

тродами

ЭЧ-2,

структуру

Электроды

марки

ПЧС-2

позволяют

получать

прутков

получают

выполненными

ПЧС-1.

из из

ЭВЧ-1

стержней

рованных сталей. Киев: Техника, М.: Металлургия,

ферритной

металл в виде перлитно­

структуры

электродами

ЦЧ-5,

достигается

изготовленными

сваркой на

строение,

Дуговую

сварку

постоянном

токе

14.

ос с последую­

параты

чугуна

выполняют

обратной

на

полярности

длиной

на воздухе до подвергается

мм с послойным охлаждением

60

Ос. Сразу после сварки шов

проковке

легкими

ударами

сварные».

Попова Л.Е., Попов А.А. Диаграммы аустенита в сталях и бета-раст­

вора в сплавах титана: Справочник термиста. М.: Металлургия,

16.

1991.502 с.

Потапов О.с.

17.

1974.118 с. 2. Вишняков кристаллической

1970.216 с. 3. Грецкий

Машиностроение,

тике.

и

Н.Н., др.

эксплуатации

М.: Металлургия, Метлицкий

Сварка в машиностроении. М.,

1978.

В 2-х т. Т

устройства

оборудования

Д.Н.,

Ка­

материалы

1 / Под ред. 1993. 768 с.

энергетических

В.А.

и

18.

безопасной

и трубопроводов установок.

Г-7-008-89. М.: Атомэнергоиздат,

ПНАЭ

1990.

Правила и нормы в атомной энерге­

тике. Оборудование Ю.Я.,

Баранов

Сварочные

Правила и нормы в атомной энерге­

Правила

атомных

Я.Д. Дефекты упаковки в

структуре.

техниче­

М.: НПО ОБТ,

Н.Н. Потапова. М.: Машиностроение,

Асиновская Г.А., Журавицкий Ю.И. М.:

Машино­

Общие

26 291-94.

для дуговой сварки.

Газовая сварка чугуна.

М.:

Отраслевой стандарт «Сосуды и ап­

превращений

ковкин

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1.

и сплавов.

с.

1996.

мо­

лотка.

трещины

с.

сталей

1966. 429

стальные

15.

30... 60

Холодные

Б.И. Сварка жаропрочных

ские условия. ОСТ

(табл.10.68).

Сварку проводят небольшими участками

З.Л.

Медовар

13.

аустенитных

300 ... 700 100 %.

стали.

1969.247 с.

1981. 248

строение,

базе

стальной проволоки Св-08, температура подог­

щим охлаждением на

1975.200 с.

Жаропрочные

при сварке легированных сталей. М.: Машино­

рева в зависимости от марки чугуна и объемов свариваемой детали

К.А.

Макаров

12.

наплавленный металл с шаровидным графитом. Наплавленный

Ланская

11.

из прутков

высокопрочный

1986. 224 с.

Каховский Н.А. Сварка высоколеги­

10.

элек­

энергетических

Основные

и трубопроводы

атомных

установок. Сварка и наплавка.

положения.

ПНАЭ

Г-7-009-89.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

96

Сварные соединения и наплавки. Правила кон­

общ. ред. Н.Н. Потапова. Т.

троля. ПНАЭ Г-7-0 10-89.

волоки

дат,

1991. 19. Правила

М.: Атомэнергоиз­

устройства

и

безопасной

эксплуатации паровых и водогрейных котлов

Госгортехнадзор России. М.: ПИО ОБТ,

20.

Правила

эксплуатации воды

I

устройства

трубопроводов

и пара

I

и

горячей

Госгортехнадзор России. М.: ПИО ОБТ,

26.

21.

I,Iравила

устройства

и

безопасной

Сварочные про­

Мащиностроение,

материалы:

Сварка, термообработка

Каталог. М.: и контроль

монтаже и ремонте энергетического

оборудо­

153-34.1.-003-01. Минэнерго России. ПИО ОБТ, 2001.399 с. 27. Стали высоколегированные и сплавы

вания. рД

коррозионно-стойкие,

нием

прочные.

Госгортехнадзор России. М.: ПИО ОБТ,

2.

трубных систем котлов и трубопроводов при

эксплуатации сосудов, работающих под давле­

I

М:

2002. 21 Ос.

АО «СпецэлектроД),

М.:

1997.

электроды.

1993.763 с. 25. Сварочные

2000.

безопасной

и

Марки

и

жаростойкие

технические

и

жаро­

требования.

ГОСТ

1999. 22.

Сварка

и

свариваемые

Справочник. В 3-х т. Т. риалов

1.

материалы:

Свариваемость мате­

I Под ред. эл. Макарова. М.: Метал­ 1991.527 с. 23. Сварочиые материалы для дуговой сварки: Справочное пособие. В 2-х т. I Под общ. ред. Н.Н. Потапова. Т. 1. Защитные газы и сварочные флюсы. М.: Мащиностроение, 1989. 543 с. 24. Сварочные материалы для дуговой сварки: Справочное пособие. В 2-х т. I Под

лургия,

5632-72. 28. Химушин

Ф.Ф. Жаропрочные

и сплавы. М.: Металлургия,

29.

1969.752

стали

с.

Юрченко Ю.Ф., Агапов Г.И. Корро­

зия сварных соединений в кислых средах. М:

Машиностроение,

30.

1976. 150 с.

Энциклопедия

«Мащиностроение».

Т. 2-П. Стали. Чугуны. М.: Машиностроение,

2000.409 с. 31. Welding Iпfопnаtiоп for the Sandvik Duplex Family. S-1252-ENG. 1995. Sandvik Steel, S. 811 81, Sandviken, Sweden.

Глава

11

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

11.1. ЛЕГКИЕ

инертных газов встречаются различные дефек­

И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И

СПЛАВЫ: АЛЮМИНИЙ, МАГНИЙ И ИХ СПЛАВЫ

Все

алюминиевые

и

магниевые

сплавы

разделяются на две большие группы: деформи­

руемые

и

литейные.

алюминиевых

Среди

деформируемых

сплавов следует выделить спла­

вы, которые по своему назначению относятся к

ковочным ниевые

и

сплавам.

Деформируемые

магниевые

подразделяются

на

сплавы,

в

свою

неупрочняемые

алюми­ очередь,

сплавы

и

сплавы, упрочняемые термической обработкой (табл.

Большинство литейных сплавов

11.1).

относится к группе сплавов, упрочняемых тер­

мической обработкой. Механические свойства различных табл.

полуфабрикатов

представлены

в

11.2. Свариваемость

алюминиевых

ниевых сплавов. Свариваемость купность

определенных

позволяюших ском

-

свойств

и

маг­

это сово­ материала,

при рациональном технологиче­

процесс е

получать

высококачественные

сварные соединения. Часто свариваемость оце­ нивается

сопоставлением

соединений новного

с

свойств

аналогичными

металла.

Принято

сварных

свойствами

ос­

рассматривать

склонность материала к образованию дефектов при сварке (трещин, пор, оксидных плен и дру­

гих дефектов), свойства при статических, по­ вторно

статических,

пористость

высокочастотных

и

удар­

Кристаллизационные (горячие) трещины, наруженные

в

сварном

вольфрамовых

включений, раковин

и других

конструкции

в

определенных

количестве

и

объеме. Дефекты, выходящие по размерам и количеству из нормы (табл.

лежат

исправлению

и

11.3

под­

11.4),

подваркой.

Суммарная

длина дефектных участков, подлежащих под­

варке, не должна превышать

20 % длины шва :0;300 мм) для сварных соединений 1 катего­ рии и 30 % (но :0;400 мм) для соединений 11 категории. Длина единичного дефектного участка не должна превышать 60 мм при рас­ стоянии между ними ~ 100 (1 категория) и 80 мм (11 категория). (но

Сопротивляемость сплавов Аl

- Mg,

установлена

Аl

ГТ.

повышенная

на

эффективным

интервалом

сплавах

Металлургические

При

-

с

- Si

к трещи­

максимальным

кристаллизации.

способы

к трещинам

сварке

Zп и Аl

склонность

нообразованию

склонности

Аl

- Cu,

уменьшения

заключаются

во введе­

нии в основной металл и сварочную проволоку отдельных

изменяя и

химических

эффективный

пластичность

металла

не только

влияют

металла

мости сплавов при сварке их плавлением (ду­

ляют

смешения

говая сварка неплавящимся

дуса по отношению

за

счет

элементов,

интервал

рячеломкости

в среде

подлежат

дефектов, то они допускаются без исправления

ции

электродом

соединении,

обязательному устранению. Что касается пор,

состоянии,

приведена оценка сваривае­

плены

(-12 %),

оксидные плены, непровар, несплавление, об­

ных нагрузках, коррозионную стойкость с уче­

11.1

включения

трещины, несплавления, смещение кромок и др.

том условий эксплуатации изделий.

В табл.

оксидные

(-48 %),

вольфрамовые

(-32 %),

Основные марки сплавов и их свойст­ ва.

ты:

при

в

которые,

кристаллиза­ твердожидком

на

величину

сварке,

но и

неравновесного

к равновесному

го­

позво­ соли­

перенести

инертных газов) и контактной сварке (точечная

трещину из опасной зоны (зоны сплавления) в

и

наплавленный металл.

шовная).

Марка

сварочной

проволоки

при

сварке, прихватке и подварке сплавов выбира­ ется

в

соответствии

ставленными в табл. Дефекты

с

рекомендациями,

пред­

соединении.

При

дуговой сварке алюминиевых сплавов в среде

4 - 10498

трещин

в сварном

соединении

нахо­

дятся во взаимосвязи с темпом деформации

11.1.

в сварном

Технологические мероприятия по предот­ вращению

температурном

интервале

хрупкости,

наличием концентратора напряжений.

в

а также с

11.1.

Марки, хнмичккий соетав и свариваемость алюминиевых и магниевых деформируемых сплавов Свариваемость (сварка плавлением)

Система

Марка

без

Macco88.Jf ДОЛЯ, %

сплава

присадки

Алюминиевые

А. АI

АД

99,3

Термически

АМц

1,3Мп

AI-Mg

АМг!

1,IMg

АМг2

2,2 Mg; 0,4

Св. А97; св. А85

Св.АМц СВ.АМг1

мn

3,6 Mg; 0,6 Si; 0,5

Не. мn

5,3 Mg; 0,6 Мп; 0,06 Ti

АМг6

6,3 Mg; 0,6 Мn; 0,06 Ti

Д20

6,5 Cu; 0,6 Мn; 0,15 Ti 6,3 Cu; 0,3 Мn; 0,06 Ti; 0,17 Zr;O,l V

Св.

Св.

СВ.АМг2

-

Св. АМг3 Св. АМг4

Св.

Св. АМг5 Св.АМг6

Д20

Св.

Св.

6,3 Cu; 0,6 Мп; 0,06 Ti; 0,11 Zr; 0,15 cd

9,0 7,0

12,0

6,0

8,0

8,0

10

7,0

8,0

8,0

15

6,0

5,0

10

12 15

1,1

мв;

0,2 Cu; 0,6 Si; 0,25

АД35

1,1

мв;

1,0 Si; 0,7

мв;

5,0 0,7

1201

0,6 мв; 0,5 Si

АДВ

0,7

мм/мин

Термически упрочняемые

1201

АД31

,

неупрочняемые

-

АМг5

АВ

проволоки

Горячеломкость

Кpecro... I МВТУ ПробаAqI> проба К %

C1VJaBbl

Св.

4,3 Mg; 0,6 Мп; 0,06 Ti

1205 AI-Mg-Si

гр. Б

Св.

АМг4

Б.

AI-Cu

гр. А

АI

AI-Mn

АМг3

Iс приса.wюii, Iс присадхоii,

Рекомендуемые марки сварочной

Мn;

0,25

0,3 Cu; 0,85 Si;

0,25Мn

Сг Сг

Не.

Св. Св.АК5

6,0

12 10

7,0

Продолженuе табл. Свариваемость (сварка плавлеtlнем)

Марка

Сиcreма

сплава

Массовая доля,

без

%

прнсадки

AI-Zn-Mg

AI-Mg-Cu

АI

АI

- Mg -

С"

- Zn

- Mg - Si -

С"

Iс пр"садкоЙ. гр. А

с присадкой.

Рекомеliдуемые марки сварочной

гр. Б

проволоки

892и

4,4 Mg; 3,2 Zn; 0,8 Мп; 0,13 Zr; 0,14 Сг

С •.

Нс.

С •. 892ц

1915

1,1 Mg; 3,7 Zn; 0,4 Мп; 0,18 Zr

Не.

С •.

С •.

8АДI

2,5 Mg; 4,1 Cu; 0,6 Мп; 0,06 Ti; 0,15 Zr

С •.

Крестовая проба К,

%

Проба

МВТУ А." мм/мин

12

6,0

10

7,0

1557

8АДI

Д1

0,6 Mg; 4,3 Cu; 0,6

Мп

Дl

40

2,0

ДI6

1,5 Mg; 4,3 Cu; 0,6

МП

ДI6

50

1,0

ДI9

2,0 Mg; 4,0 Cu; 0,75

ДI9

45

2,0

895

50

896

60

МП

895

2,3 Mg; 1,7 Cu; 6,0 Zn; 0,4 Мп; 0,18 Сг

896

2,6 Mg; 2,3 Cu; 8,5 Zn

АК6

0,6 Mg; 2,2 Cu; 0,9 Si; 0,6

Мп

АК6

45

АК8

0,6 Mg; 4,3 Cu; 0,9 Si; 0,7

Мп

АК8

50

Не. Не.

1,0

AI- Mg -

С"

- Fe - Si

АК4

1,6 Mg; 2,2 Cu; 1,2 Fe; 1,3 Ni

АК4-1

1,6 Mg; 2,2 Cu; 1,2 Fe; 1,2 Ni

JJ. J

Гор"челомкость

60 АК4

65

Окончание табл. Свариваемость(сварка плавлением)

Марка

Система

смава

без

Массовая доля, %

присадки

Iс прнсатюй, Iс прнсадкОЙ, гр. А

гр. Б

Рекомендуемые марки сварочиой проволоки

//./

ГорячелОМКОСTh

Крестовая проба К, %

I МВТУ ПробаА

МмlминЧ"

Магниевые сплавы

А. МАI

Мg-Мп

МА8

МА20

Mg-Zn

(ВМД8)

Mg-AI-Zn

1,9 Мп; 0,25 1,25 Zn; 0,2

Се;

Св.

0,09 Zr

МА2

3,5 AI; 0,5 Zn; 0,3

Мп

4,4 AI; 1,1 Zn; 0,4

Мп

(ВМД3)

неу"рочняемые

Нс.

MAI9 (ВМД6)

1,6 Cd; 3,0 Zn; 0,9 La; 0,7 Zr

MAI4 (BM65-1)

Mg-Nd

MAl2

Mg-AI-Zn

МА5

Mg-Mn-Nd Прнмечанн".

2. 3.

Гр. А

-

MAII 1. Св. -

про80ЛОка

МА20-1

10 15

-

20 Не.

Не.

3,0 Nd; 0,6 Zr 8,5 AI; 0,5 Zn; 0,3 Мп;

10 20

МA15

30

МAJ9

>30

MAJ4

>40

Термически упрочняемые

5,5 Zn; 0,6 Zr

3,0 Nd; 2,0

МАI МА2-1

МА2-1

0,6 Cd; 6,2 Zn; 1,7 Nd; 0,7 Zr Б.

Mg-Zn

Св.

Св.

Не.

Mg-Zn -Cd - Nd

Нс.

Се

МА2-1 МAI5

Mg - Zn -Cd - La

Термически

1,9Мп

мn

0,2 Ni

Св.

Не.

- сплав трудносвариваемый. химического состава OCHOBllOrO металла; гр. Б - ПРО80лока химического состава

Не.

MAI2

15

МА5

20

МAI!

>40

-

сплав свариваемый; Не.

При контактной сварке (точечной, шовной) все сплавы ОТНОСЯТСЯ к сплавам свариваемым (св.).

неидентична с химическим составом основного металла.

11.2.

Сплав

Листs=

Состояиие

Механические свойства полуфабрикатов алюминиевых и магниевых сплавов

а.. I

МN.

2 мм

00,2.

МПа

I

ЛИСТS=

Ь• %о

10MM

а.. I МП. а." I

МП.

ПЛита

б,%

а..

МП.

I

S= 20 00,2.

МПа

Поковка

Профиль

мм

I б• %о

m=80... JOOKr

a.. la",IO% •

МПа

Мna

а ..

МП.

I

00,2,

МПа

I Ь' %о

Алюминиевые сплавы АДО

м

80

3,5

35

80

3,5

35

-

-

-

-

-

-

-

-

-

АД!

Н

150

100

6

150

100

6

-

-

-

-

-

-

-

-

-

АМи

М

120

60

40

110

60

25

-

-

-

-

-

-

-

-

-

п

170

130

25

170

130

25

150

120

22

-

-

-

-

-

-

АМгl

н

220

380

5

220

180

5

-

-

-

-

-

-

-

М

120

65

25

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

н

200

180

6

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

М

190

80

25

170

-

16

180

-

7

-

-

-

150

130

Н

270

220

4

220

-

15

-

-

-

230

-

12

-

-

-

АМг3

М

220

100

25

190

80

15

190

-

15

180

80

12

170

-

12

П

250

200

7

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

АМг4

М

280

140

20

260

120

15

-

-

-

-

-

-

-

-

-

н

340

160

12

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

М

300

150

20

280

130

15

-

-

-

-

-

-

300

150

15

Н

-

-

-

340

160

14

320

170

23

270

120

15

-

-

-

АМг6

М

340

170

20

320

160

15

-

-

-

345

170

20

340

180

21

Н

400

300

9

-

-

-

400

310

7

355

190

19

-

-

-

Д20

тl

400

300

10

380

280

8

380

280

8

350

240

8

400

320

12

тl

430

320

60

400

300

10

450

350

7

420

350

8

380

370

10

ТlH

450

350

55

420

340

6

460

350

5

-

-

-

-

-

-

АМг2

АМг5

1201

Продолжеllие табл. //.2

Сплав

нне

Листs

Jlистs=2 мм

Состоя-

а"

0'0.2.

МПа

МПа

0,%

= 10 мм

Плита

а"

МПа

00.2, МПа

0.%

а"

s = 20 ММ 0"0.2,

МПа

МПа

Поковка

Профиль

0,%

а" МПа

МПа

0"0,.2.

m;80 ... IOOкr б,%

а"

<10,2,

МПа

МПа

б,%

1205

ТI

440

350

9

420

330

7

420

320

7

465

370

8

445

365

7

Д21

ТI

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

430

350

9

АД31

АД33

АД35

АВ

В92ц

1915 ВАДI

ДI

Т

170

80

22

170

80

22

-

-

-

140

70

13

-

-

-

ТI

240

190

11

240

190

11

235

200

13

255

227

12

240

200

11

-

Т

250

110

19

250

110

19

-

-

-

180

110

15

-

-

ТI

310

260

14

310

260

14

290

270

10

290

260

12

270

20

8

Т

240

140

18

240

140

18

270

200

13

270

200

13

-

-

-

ТI

320

250

12

320

250

12

330

300

10

330

300

10

330

300

10

Т

250

160

23

250

160

23

-

-

-

180

-

14

-

-

-

ТI

320

270

13

320

270

13

330

290

13

335

295

12

300

260

10 10

Т

400

250

15

400

250

15

420

280

12

440

320

10

420

280

ТI

420

300

12

420

300

12

-

-

-

470

360

8

430

300

8

Т

350

220

17

350

220

17

-

-

-

370

250

11

350

220

14

ТI

380

300

10

380

300

10

420

260

14

400

320

10

370

290

12

Т

420

290

8

440

340

7

420

270

7

430

310

10

-

-

-

ТI

430

300

7

450

360

6

-

-

-

-

-

-

410

290

7

Т

370

200

15

380

200

15

380

220

11

380

230

12

360

180

6

-

-

Т

420

280

13

440

280

10

420

280

6

430

310

15

Т!

465

355

12

465

360

8

-

-

-

445

370

11

ДI9

ТI

430

280

12

435

280

10

-

-

-

-

-

-

-

В95

ТI

520

440

14

-

-

-

-

-

600

550

8

610

550

10

В96

ТI

-

-

-

-

-

-

-

-

-

680

640

7

-

-

-

ДI6

-

-

S

Окончание табл.

Сплав

ЛJtстs

Состоя· нне

а.. МN.

I

= 2 мм

аО.2. МПа

Листs

] l)

си . о

а.. МП.

I

= 10 мм

а'" I

МП.

Гlяита S

6,%

а.. МП.

I

ПрофИЛЬ

= 20 ММ

а,." МПа

1

Б• 'у.о

//.2

Поковка

т

а .. I Мna а,,, I Б . 'у.о МПа

= 80 ... IOOu

о .. I МП.

0"0.2.

МПа

I с5. %о

Магниевые сплавы

МА!

МА8

МА20

-

-

-

-

-

-

-

240

-

4

-

-

-

10

-

-

-

-

-

-

-

-

-

М

220

140

8

200

130

6

Б/т.О.

-

-

-

-

-

-

М

260

140

15

230

120

-

Б/т.О.

-

-

-

-

-

-

210

110

10

220

-

10

-

-

-

М

240

160

20

220

150

18

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Б/т.О.

-

-

-

-

-

-

210

110

20

250

180

20

-

-

МА2

Б/т.О.

-

-

-

-

-

-

12

270

170

8

270

170

14

270

170

12

-

170

М

-

270

МА2-1

-

-

-

-

-

-

-

МAI5 (ВМД3)

Б/т.О.

-

-

-

-

-

-

270

160

16

180

170

10

240

-

5

М

270

200

6

250

180

4

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Б/т.О.

-

-

-

-

-

-

270

200

5

280

230

5

270

170

5

Пруток МAI9 (ВМД6)

Б/т.О.

MAI4 (BM65-1)

Т3

MAI2

ТI

-

-

-

-

-

300

200

7

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

340

290

280

180

6

-

-

-

-

-

390

340

8

10

300

250

12

-

280

150

8

Пруток МА5

Т

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

310

MAII

ТJ

-

-

-

-

-

-

280

150

12

-

-

-

270

у с 11 О 8 Н Ы е ТI

-

о б о з н а ч е н н я

:

М

-

МЯГКИЙ, отожженный; П

закалеllllЫЙ и ИСКУССТВСНIIО состареlllfЫЙ; ТЗ

- HCKyccTBellHO

-

полунагартоизнный; Н

состаренный; Б/т.о.

-

-

нагартованный; Т

-

'1-

220

8

130

12

закаленный н естественно состаренный;

без последующей термообработки.

11.3. Сварочные

дефекты (поры, вольфрамовые включении и др.), допустимые без исправления Категория сварочных соединений

1 свариваемого

I

11

1

Диаметр

ДиаметрD 1 •

дефекта

мм, не более

dl,MM.

Расстояние

дефекта

не более

1, мм,

не

0,45

0,55

О,Ь

0,255

2,5

2

6

3 ... 6

1,5

1,7

0,6

0,7

3,0

2,5

-

6 ... 10

1,8

2,0

0,8

1,0

4,0

3

>10

2,5

3,0

1,0

1,2

5,0

4

10 -

дефектами

дефекта и. мм. не более

8 -

0,155

3

2

15

-

-

-

-

-

-

1,5

0,7

0,8

4

3

20

25

1,0

-

-

0,9

-

100

20

-

-

мм шва в количei:fВe

1 категории на 100 мм шва - два участка; для I1 категории на 100 мм шва -три I категории на 100 мм шва - один; для 11 категории на 100 мм шва - два дефекта.

11.4. Сварочные

1.

0,15

дефектов: для

Цепочка мелких дефектов: для

протяженность

между

ММ. не более

Независимо от толщины свариваемого материала допускаются единичные дефекты на

5 шт. (11 категория). 2. Скопление мелких

3.

dl•

мм, не более

До3

1.

Диаметр дефекта

".

ие более

более

более

11

Суммариая

Расстояние

Число дефектов

d,.

мм. не

I

1

11

Цепочка мелких дефектов

Диаметр

между

дефектами

I

1

11

(на площади I c~i при протяжеиности :5:20 мм)

дефекты

ПрИМtчании.

I

1

11

Скопление мелких дефектов

s.

мм

1

11

ЕДИНИЧllые

Толщина

материала

1

11

3

ШТ.

(1

категория) и

участка.

дефекты (подрезы, смещение кромок), допустимые без исправления Категория сварочных соединений

I

1 Толшина

мм

11

1

1

11

I

11

1

I

11

Подрез 8 ЗОllе сплавления со стороны шва

свариваемого материала

1

11

s. глубиной

hl

длиной

суммариой

между

протяженностью

дефектами

1

1

11

1

11

I

1

11

Смещение свариваемых кромок

на расстоянии

L

I

суммарной по высоте Н I

по высоте Н

длиной

L

протяженностью

и

и мм, не более

До3

0,045

0,15

-

-

-

-

-

-

3...6

-

0,3

50

80

80

50

О,lLш

О,I5Lш

6 ... 10

0,25

0,35

-

-

Прим:ечанне.

Lw

- ДnHHa шва.

-

-

-

-

0,15 0,15

0,155 0,155

О,Ь

2,0

0,35 3,0

-

-

-

-

О,ILш

О,I5Lш

О,I5Lш

О,2Lш

-

-

«200) «250)

ЛЕГКИЕ И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ: АЛЮМИНИЙ, МАГНИЙ И ИХ СПЛАВЫ

Во

избежание

обращать

образования

внимание

ГТ

на жесткость

следует

стыкуемых

105

сплавах>

1 % Mg. Наличием рыхлой оксидной MgO на поверхности магналиевых и

пленки

деталей. При сварке деталей с резким перепа­

магниевых сплавов объясняется их повышен­

дом толщины необходимо предусматривать со

ная

стороны точеных деталей (фланец, шпангоут и

Введение малых добавок бериллия в сплавы

др.) полку, длина которой должна составлять

системы А 1

2s,

где

толщина стыкуемых деталей в зоне

s-

склонность

материала

деталей

(s < 2

из

тонколистового

мм) рекомендуется зиговка

зависимости

от

толщины

материала

при сварке врезных фланцев на цилиндриче­ ских и сферических поверхностях устанавли­ вается минимально допустимый диаметр: для

материалов

толщиной

до

~60 мм, при толщине до

2

6

мм

диаметр

-

мм ~120 мм и Т.д.

Наблюдаются трещины при сварке в ЗТВ, если шероховатость

поверхностей

элементов составляет

Rz > 40

свариваемых

мкм.

При выполнении соединения в отбортов­ ку на сплавах с 0".

> 250

МПа (АМг5, АМг6,

Д20 и др.) очень часто на практике в районе гиба

наблюдаются

являются

очагом

микронадрывы,

образования

которые

трещины

при

сварке. Следует избегать соединений по кром­ ке, так как в них возможно появление несплав­ ления и трещин в корне шва из-за наличия ок­

сидной пленки на поверхности металла. При изготовлении

изделий

протяженности

со

швами

рекомендуется

в

различной

первую

оче­

редь выполнять швы большой протяженности

Оксидные пленки. Высокая химическая активность

алюминия,

магния

и

их

сплавов

с

кислородом приводит К образованию на по­ верхности

на стабильность протекания процесса сварки.

Оксидная пленка не плавится и не растворяется в жидком металле сварочной ванны. К этому

следует добавить, что она активно адсорбирует влагу.

При

пара

выделением

с

металла

оксидов

(АI 2 О з ,

MgO).

= 4,00; MgO у = 3,65),

пленок

(АI 2 О з

которые предохраняют

металл от дальнейшего окисления

и

взаимо­

действия его с окружающей средой.

На по­

верхности двойных меди,

сплавов алюминия с со­

марганца,

кремния,

железа,

цинка образуется оксидная пленка, по структу­ ре аналогичная пленке на чистом алюминии.

По данным А.В. Курдюмова, при содер­

жании в сплаве

<0,02 % Mg в оксидной пленке MgAI 20 4 и y-АI 2О з , при 0,01 ... 0,1 % Mg оксидная пленка состоит из MgAI 20 4 И MgO. В оксидной пленке преоб­ ладает MgO при содержании в алюминиевых обнаруживаются шпинель

основного

ис­

ходимо разрушить оксидную пленку. Это дос­ тигается

катодным

распылением

при

горении

сварочной дуги в среде аргона (переменный ток, постоянный ток на обратной полярности) или за счет высокой концентрации теплоты при

сварке в

гелии

на

постоянном токе

прямой

полярности.

Пористость.

Многолетняя

статистика

брака сварных конструкций позволяет устано­ вить, что одним из основных дефектов

(-48 %)

при сварке алюминиевых и магниевых сплавов является пористость.

Исследования взаимодействия алюминия магния с различными газами показали, что

наибольшую растворимость в них имеет водо­ род. Так, анализ газов в алюминии при темпе­

ратуре

1200

ние (в

%): 78

(S~2

плотных

-

В связи с этим для обеспечения формиро­

увеличивается со временем. Оксидные пленки группе

водорода

ван ия наплавленного металла при сварке необ­

алюминии

к

нагреве происходит диссоциация

точника пор в сварных швах.

Толщина пленки при комнатной температуре

держанием

снижает окисляемость в де­

Тугоплавкая пленка на поверхности ме-

и

кие швы.

у

сварке.

талла (rА120з = 2050 ос r MgO = 2800 ОС) с ПЛ ' пл

и швы максимального сечения, а затем корот­

относятся

при

высоким электросопротивлением плохо влияет

заготовок.

В

- Mg

пористости

сятки раз.

сварки, но ~ЗО мм. для уменьшения жесткости свариваемых

к

=

ос выявил следующее соотноше­

Н,

12

водород

0,036 см З

/

СО,

4

СО 2 ,

В твердом

6 N.

практически

нерастворим

100 г). Заметная раствори­

мость наблюдается лишь с увеличением темпе­

ратуры до ~660 ос (S~2 находится

в зависимости

и давления

(S~2

=

в

0,69 см З

растворимость

жндком

и

/

100 г) и

от времени выдержки

газа над расплавом.

увеличивается магнии

=

твердом

51 см З /100 г и S';:'2

=

Значительно водорода

в

состояниях

19 см 3 /100 г).

Растворимость водорода в алюминии снижает­ ся при введении меди, кремния и скандия, то­

гда

как

присадка марганца,

никеля,

магния,

железа, хрома, цинка, титана, наоборот, ее по­ вышает.

Глава

106 Причиной сварных

швах

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

образования из

пористости

алюминиевых

и

в

магниевых

сплавов является водород. К основным источ­ никам появления

ных

газах

водорода при сварке в инерт­

следует

отнести:

влажность

защит­

ние дефектности по вольфрамовым включени­ ям

в

сварном

соединении

возможно

повыше­

нием эрозионной стойкости вольфрама, дости­ гаемым введением оксидов (оксид лантана или

оксид иттрия и др.). Стойкость к токовым на­

ной инертной среды, загазованность основного

грузкам

и присадочного

друтих марок (ВЛ, СВИ, ВИ). Более долгове­

влаги

металлов,

на поверхности

а также присутствие

свариваемого

При этом основной объем газа

материала.

прихо­

(-60 %)

вольфрама

марки ВЧ меньше, чем у

чен в эксплуатации благодаря высокой эмисси­ онной способности вольфрам с оксидом ланта­

дится на поверхность металла сварочной про­

на (ВЛ) или оксидом

волоки.

СВИ-\).

Основные

направления

в

разработке

Этот

иттрия (ВИ-20,

вольфрам

ВИ-30,

поддерживает

более

высокую устойчивость дутового разряда. Оптимизация технологии сварки способ­

средств повышения плотности сварного соеди­

ствует уменьшению тепловой перегрузки элек­

нения предполагают: химическую, тепловую

и

механиче­

трода со стабильной

защитой от воздействия

скую обработку поверхности (травление, по­

окружающей среды. Для уменьшения перегре­

догрев проволоки в аргоне до

ва

шабрение кромок

Rz < 40

250 ... 300

ОС,

соблюдение нормативной длительно­ сти хранения материала перед сваркой (основ­ ной металл после шабрения

ч; сварочной

< 3

проволоки после химического травления обеспечение

(влажность

культуры

70 ...80 %,

чистоты, температура

<8

ч);

производства

запыленность

- IV

класс

участия

поверхно­

сти сварочной проволоки при формировании наплавленного металла (увеличение диаметра

сварочной проволоки с формы разделки

\,5

кромок

до

3

мм: освоение

под сварку С \, С3

вместо С5 и С6, уменьшение числа проходов при выполнении сварочного соединения); эффективное воздействие на условия кристаллизации жидкого металла сварочной ванны (скорость всплывания пузырька должна превышать

скорость

кристаллизации,

чему

сварки.

продолжительность

Следует

избегать

вы­

коротких

замыканий электрода при сварке, обратив осо­ бое внимание на условия выполнения сварного соединения (труднодоступные

места, сварка в

пространственном положении и т.д.).

Наибольшая

стойкость

вольфрама

при

сварке на постоянном токе прямой полярности,

-

меньшая

\8 ... 20 ОС);

уменьшение доли

регламентируется

полнения

мкм);

при

при переменном токе, минимальная

постоянном

токе

Оптимальный расход бильный

процесс

обратной

-

полярности.

газа обеспечивает ста­

горения

дуги

и

хорошую

защиту вольфрама от воздействия окружающе­ го

воздуха,

отчего

повышается

стойкость

и

уменьшается дефектность в сварных соедине­ ниях.

11.2. ТЕХНОЛОГИЯ

СВАРКИ И

СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Особенности технологии

сварки. Наи­

способствуют подогрев, погонная энергия ду­

большее

ги, дополнительные источники теплоты: двух­

сварных конструкций из легких цветных спла­

дуговая, трехфазная сварка и т.д.);

вов получила дуговая сварка в инертных газах.

механическое воздействие на жидкий

распространение

при

изготовлении

Особенности сварки алюминиевых и маг­

металл сварочной ванны (обработка ультразву­

ниевых

ком

требования к ее технологии. Первостепенное

при

сварке,

магнитное

перемешивание

предопределяют

повышенные

значение приобретает культура производства.

и др.).

Вольфрамовые алюминия, магния и

сплавов

включения.

Сварку

их сплавов проводят, как

В сборочно-сварочных

цехах не допускается

выполнение работ, связанных с интенсивным

правило, неплавящимся (вольфрамовым) элек­

образованием

тродом в атмосфере инертного газа. Высокая

электродутовая сварка, зачистка абразивными и

пыли

т.п.).

и

дыма

(газовая

Алюминиевые

и

резка,

температура плазмы электрической дуги, дос-

кругами

тигающая

6000 \0 000 К, и высокая плотность тока (-\ 04 \ 06 А/см 2 ) создают значи-

сплавы необходимо сваривать в чистых поме­

магниевые

тельные тепловые нагрузки на электрод, рабо­

щим образом отделаны и тщательно убраны.

тающий в условиях дугового разряда. Сниже-

Все подгоночные и сварочные работы следует

щениях, которые должны быть соответствую­

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ И СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

выполнять

сухих

в

чистой

чистых

специальной

одежде

хлопчатобумажных

и

перчатках.

107

риала и определяется коэффициентом разупроч­ нения сваркой основного металла (табл.

Сварные изделия изготовляют в цехах с отно­

Наряду

с

оценкой

11.6).

горячеломкости

при

сительной влажностью воздуха ~70

%,

в рай­

сварке для общей оценки свариваемости необ­

онах повышенной влажности ~80

При этом

ходимо располагать данными о работоспособ­

цеховая

температура

лодного периода в пределах теплого

для

хо­

ОС, а для

18 ±2

Ос.

20 ±2

Наиболее нию

%.

поддерживается

качества

ности

нии,

целесообразным сварных

швов

по обеспече­

является

сварных

основным

соединений

металлам

повторно

при

статическом

гружен иях (табл.

11.7

и

по отношению

статическом и

усталостном

на­

11.8).

Одним из мероприятий

химиче­

к

растяже­

по обеспечению

ский способ обработки поверхности основного

равнопрочности (при сохранении пластических

металла и проволоки. После химического трав­

характеристик) сварного соединения при свар­

ления

допустимая

ния заготовок

продолжительность

перед механической

свариваемых поверхностей ~ 120 ч гории сварных соединений) и нения

III

200

хране­

зачисткой

(1

и

11

кате­

ч (для соеди­

категории).

Детали, прошедшие механическую обра­

ботку (шабрение, фрезерование и др.), посту­ пают на сварку не позднее сварных

III

соединений

и

3; 5

ч (для

8

соответственно

и

1, 11

категорий). Срок хранения проволоки после

химического травления ~8 ч. При хранении ее

в герметичной упаковке (под вакуумом, в среде инертных газов) этот срок возрастает до При отработке технологического

72

ч.

процес­

са сварки конкретного узла необходимо обра­ щать внимание на точность сборки заготовок под сварку и возможность применения сбороч­

но-сварочной оснастки. Механические

свойства

сварных

со­

едииениЙ. Исходя из условий работоспособно­ сти

и

надежности

сварных

категорию

соединения:

(табл.

эксплуатации

разработчик

изделия

ответственности

особо

1

ответственное

11 -

процессе

конструкций

определяет

го

в

и

сварно­

ответственное,

111 -

неответственное

степени

ответственности

11.5). При

оценке

сварного элемента надо помнить, что в рукциях ленном

жения

со сварными металле

двух

швов

соединениями могут

- рабочие и 1 и II категориям

носить сварные соединения,

вуют рабочие ставляют

возникать

родов

С учетом этого к

напряжения,

сварные

конст­

в наплав­ напря­

соединения

Временное

кромок

в

состоянии

зоне

сварки,

ской обработкой

или

термически

является

утрлшение

полученное

или химическим

механиче­

фрезерова­

нием. Что касается толщины зоны утолщения кромок стыкуемых деталей, то она определяет­ ся расчетным путем, исходя из условий равно­ прочности

сварного

металлом.

механических относятся ного

соединения

К важнейшим свойств

проковка,

соединения

сварных

прокатка

в

с

рычагам

холодном

основным

повышения соединений

роликами или

свар­

теплом

со­

стоянии. Названные технологические операции подлежат всесторонней ределения

их

влияния

проверке с целью оп­ на

пластичность

и

кор­

розионную стойкость сварных соединений.

При сплавов

сварке можно

соединения

следующей

до

термически

поднять уровня

(после

основного

сварки)

сварного узла (закалка

упрочняемых

прочность

+

сварного

металла

по­

термообработкой

искусственное старе­

ние). При этом искусственное старение свар­ ных соединений повышает предел выносливо­

сти на

15 ... 20

МПа (табл.

Коррозионная единений. В табл. розионной сварных

11.7

стойкости

соединений

11.8).

стойкость

сварных

со­

дана обшая оценка кор­ основного

серийных

металла

и

алюминиевых

сплавов. Приведенные в ней сведения следует рассматривать

как ориентировочные,

ибо от­

дельные виды полуфабрикатов, технология их могут существенно влиять на их коррозионную

со­

связующими

стойкость.

а

Так,

также

условия

например,

эксплуатации

нагартовка сплава

АМг6 перед сваркой при водит к уменьшению сопротивляемости

межкристаллитной

корро­

зии, особенно в загрязненной атмосфере и мор­

сопротивление

соединения

способа сварки,

нагартованном

изготовления,

напряжениями.

сварного

в

следует от­

категорию со

сплавов

связующие.

в которых дейст­

III

ке

обработанном

с

усилением

толщины

стыкового зависит

свариваемого

от

мате-

ской среде. Для защиты от коррозии рекомен­ дуются

анодно-оксидные,

красочные покрытия.

химические

и

лако­

11.5. Характеристика

категорий ответственности сварных соединений

"

"~)~

..."-" u

u

тиэация,

~

Назначение

:

~

сварного узла

u

о

~

8

~

Способ

Объем,

,~

%

~ « Особо ответственный

Н

Ответственный

Ш

Не ответственный

Ренпен

100

Ультразвук

Выборочно

Ренпен

%

рабочнх (раз· рял)

i

80 О

~

"§

~ >, "-

u

О

Уl

~

20 100

Дефепность сварного

. . ". " "

[ .g

u

:

§

~ ~

~ .;

~

О

~

"5

2

g-

t:

У

У

'У Ш

11.6. Коэффициент разупрочиения (110

:=

[~ §~

.... 2

Не

Допуска-

допус-

ются (см.

каются

0': I cr

~ ;!

8 )

табл.

11.3)

~~

e-~

u

'"

<5

IУ

Кулы"ура производства

соединения

"

~

100

100

Визуально

Квалификация

Автома-

Контроль сварного узла

~ ~ : t; :

:

s•

u u

u

"

~

~

~

;?

8-

~

i:'

,~

~

~

~

~

§

~ ~ "-"

~-

"

t::

~~

~

Уl

70 .. 80

18 .. 20

До2 раз

У

80 ...90 90

16 .. 24

~

~

основного металла

Категория сварного

Состояние материала до н после сварки

соединения

>10 Orжиг

+

сварка

0,85 0,80 0,6

1 Н Ш Термически упрочняемые сплавы

+

Закалка

искусственное

старение

+

+ сварка

1 Н Ш

+

Закалка

сварка

+

искусственное

l Н

старение

1Il ПримечаННJI.

2. реином.

1. Термически

0,6 0,55 0,5 0,7 0,65 0,6

0,55 0,5 0,45 0,65 0,6 0,5

0,5 0,45 0,4 0,6 0,55 0,45

0,65 0,6 0,55 0,75 0,7 0,65

I

0,7 0,65 0,6

0,55 0,5 0,45 0,65 0,6 0,5

иеупрочняемые сплавы: a~- временное сопротивлеиие разрыву основного металла в отожжениом состояиии.

Сплавы, термически упрочняемые: a~ - временное сопротивление разрыву основного металла в исходном СОСТОЯНИИ, эакалеНIЮМ, искусственно соста·

11.7.

Оценка работоспособности н пластичности сварного соединения, аРГОllодуговаи сварка lIеплавищимси эле",,,роДом (лист толщиной

2

ММ) Технологическая

Сплав

ПРО80Jlока

Состояние

АДО

Св. А97

1,00

АДI

Св. А5

0,95

пластичность llа

АлЮ.мuнuевые сплавы

0,85

-

АМи

СВ.АМи

АМгl

СВ.АМгl

АМг2

Св. АМг2

АМг3

Св. АМг3

0,85

0,5

АМг4

CB.AМr4

0,75

0,75

АМг5

Св. АМг5

АМг6

Св. АМг6

Д20

Д20

1201

Св.

0,9 М +св.

0,95

0,75

0,9

1,0

0,9

0,7 0,9

0,9

0,6

0,85

0,8 0,45 0,75 0,7

0,85

0,75

0,8

0,7

1,15

1201

1205

0,65

АД31

0,8

0,75

-

АД33

АД35

Св. АК5

ТI +СВ.

О

0,5

0,7

0,5

0,75

0,65 0,7

-

АВ

0,7

В92и

Св. В92и

1915

Св.

ВАДI

0,9

0,85 0,65

1557

ВАДI

0.65

0,8

0,6 1,2 0,7

0,7

Окончание табл.

Сплав

Проволока

ТеХНОJlОI'ическая

Состояние

плаСТИЧНОСТh

Магниевые сплавы

МАI

МАI

0,8

0,9

МА8

МА2-1

0,7

1,7

МА20

МА20-1

0,9

0,8

М+св.

МА2

МА2-1

МА2-1

МА2-1

МА15

MAI5

МA12

МAI2

тl

+ св.

0,7

1,1

МА5

МА5

ТЗ

+ св.

0,9

1,2

-

-

1,1

0,8 1,2

ПримечаНИА. 1. 1)0 = 0"./0'. - КОЭффИUИСllТ работоспособlЮСТИ сваРIЮГО соединения при растяжении. 2. fjR' = O'R/OR - ТО же, при повторно-статическом нагружснии; N = 20· 103 циклов;f= 0,7 + 0,16 Гц. З. fjR = O'R/OR -то же, при усталостном нагруженни; N = 5 . 107 Шlклов;f= 47 Гц. 4. "1" = а' / а - коэффициент теХllOлогической пластичности сварного соединения при изгибе. У с л о в н ы е о б о з н а ч е н и я ; OR - предел выносливости. МПа; O'R - то же, ограниченный.

"1"

11.7

11.8.

Эксплуатационные характеристики основного металла н сварных соединеllИЙ Температура испытаний, ос

+20

-]96

Приса­ Сплав

Сварочные напряжеllИЯ и

+100

I

+200

I

прово­

<о ..

МПа

Угол загиба СА

о

Предел

Общая коррозн-

чеНIIЫЙ

вынос-

предел

ливости

выносли-

0R, МПа

воети

СКЛОН-

деформации

+300

Ограви-

дочная

лока

I

онная

L!.non,

°max, МПа

о.,МПа

стойкость

мм

OR,

НОСТЬ к

СКЛОН· ность К

межкри·

корро-

етал-

знонно-

ЛИТНОЙ

му

корро-

растрес-

зии

киванию

МПа

Алюминиевые сплавы

АДl

Св. д5

дМи

СВ.АМи

~

~

80

35

110 дМгl

Св. дМгl

дМг2

Св. дМг2

180 180

190 180

~

П

Ш

60

35

20

1Q 70

40

105 80

210 170

~

55

-

-

220 200

100 100

~

~

80

48

1Q 50

210 180

300 240

180 160

130 120

~

§Q lШ

-

170 160

95

~

60

-

60

4,4

0,43

-

30

3,2

0,55 ОД

ОД

ОД

ОД

ОД

ОД

Д

Д

ОД

АМг3

Св. АМг3

220 200

180 160

100 50

200 170

320 260

210 180

llQ 140

1Q 65

35

1,8

0,6

дМг4

Св. дМг4

280 260

160 140

llQ

260 200

380 310

260 240

!lQ

2Q

160

80

55

5,2

0,54

дМг5

Св. дМг5

300 280

140 120

lШ

270 210

420 370

270 260

l.!!Q

llQ

75

170

90

дМг6

Св. ДМГ6

340 320

120 90

140 60

280 220

460 400

320 290

190 180

140 120

80

ОД

-

75

4,6

0,53

Продолжение табл. Температура испытаний, ос

-196

+20 Приса· Сплав

лока

+100

+200

".

Угол загиба

Предел

ченный

выиос-

предел

06ШaJI коррози·

0" •• МПа

",.

лнвости

выосли··

О"R,МПа

BOC11t O"R. МПа

400 280

j!Q

j!Q

60

60

300 260

480 440

360 2500

1201

440 320

100 70

100 70

290 230

510 460

340 270

1201

440 280

-

540 440

360 260

300 220

200 160

АД31

Св. АК5

240 190

140 70

340 270

210 150

160 110

QQ

АД33

СВ.АК5

300 200

1Q

420 320

260 180

190 130

j!Q

СВ.АК5

320 240

1Q

400 290

250 190

200 140

2Q 80

Св. АК5

320 230

j!Q

410 310

300 210

240 170

100 90

Д20

1201 1205

АД35

АВ

В92ц

1915

Д20

Св.

Св.

Св. В92ц

Св.

1557

МПа

420 360

-

60 50

120 160

-

290 200

-

50 100 90

380 320

QQ

430 340

100 70

120 70

70

320 200

Склон-

деформации

+300

Ограни·

Дачная прово-

Сварочные напряжения и

500 440

380 340

280 240

270 240

,,~,

<.,."

МПа

IO~%

t.~,

онная

стойкость

95

7,6

0,51

209 160

62

4,8

0,48

-

-

-

85

2,0

0,54

Склон· НАСТЬ К

межкрн-

корро-

стал-

зионио·

лятной

му

корро-

растрес·

зии

киванию

Q

Q

!1

Б

Б

А

ОА

!1

ОА

А

мм

180 140

НОСТЬ к

11.8

50 70

140 80

300 190

450 400

320 290

220 180

120 90

320 10

510 420

410 320

340 270

180 150

-

-

!1 А

110 55

ОА ОА

-

10,2 2,5

~

0,53 f - - Q Б

0,42

!1 А

Q

!! Б

Б г----

!1 А г----

ВАДI

ВАДI

100 70

50

4,0

-

Q

!!

Б

Б

Окончание табл. Температура испытаний, ос

+20

-196

Приса­

Сплав

лока

+100

I

+200

I

Склон­

деформаuии

+300

Общая

Ограни­

дочная прово·

I

СваРОЧllые напряжения и

".

МП.

Угол загиба а

о

Предел

ченный

вынос­

предел

ливости

вынослн­

ОR,МПа

вости cr'R,

коррози­

O"II'IU'

о.,МПа

МПа

~прод, )04%

онная

.t!."oo" мм

стойкость

11.8

Склон­

ность к

ность к

межкри-

корро­

СТaJI­

зионно-

литной

му

корро-

растрес­

ЗИИ

киванию

МП.

Магниевыесnnавы МАI

МА1

МА8

МА2-1

МА20

МА20-1

МА12

МА12

МА2

МА2-1

МА2-1

МА2-1

МА15

МА15

МА5

МА5 Прнмечания.

220 ~ 180 70 250 ~ 200 60 240 ~ 215 60 300 ~ 190 50 270 §Q 200 55 270 ~ 220 65 310 ~ 270 45 270 ~ 240 60 1. АРГОtЮДУГОВая

72 -

12

-

100 -

12

100 100 130 1lQ -

-

340 200 400 320 380 340

-

176 170 200 160 190 150 230 170 210 158 215 192

170 100

А А

Ш

120 136 114 210 130

-

!i

-

120

190 170

140 120

сварка непл:авящимся элекчюдом. Лист толщиной

-

-

-

~

!i

I

ОА

I

~

~

~

!i

~ .!!

~

~

Б

2 мм,

-

~

!i

112 -

ОА

!i

~

-

-

ОА

!i

А

сварtюе соедиtlеllие с выпуклостью и проrUIавом. Состояние мате­

риала: сплав термически неynрочняемый (отжиг + сварка), сплав термически упро<,няемый (закалка + искусственное старение + сварка), сплав B92u (закалка + + eCTecTBellHoe старение + сварка + естественное старение, 3 мес.). 2. При нспытании на повышенных температурах врсмя выдержки 30 мин. 3. Предел выносливости определяется на базе N = 50· 107 при/= 47 Ги. 4. Ограниченный предел выносливосПf определяется на базе N = 20· 107 при/= 0,007 ...0,16 Ги. 5. Сварочные напряжения и деформаuии определя.лись ПО методике МВТУ им. н.э. Баумана. 6. Оиенка коррозионной стонкости: ОА - весьма стойкие; А - стойкие; Б - удовлетворительная стойкость; Д - пониженная стойкость. 7. В числителе - OCl108Hol1 металл, 8 зиамеtlателе - С8ар"ое соединеtlие.

Глава

114

11.3. 11.3.[.

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

меньшей температуры плавления меди. Поэто­ му

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕДНЫХ СПЛАВАХ

Медь и сплавы на ее основе широко при­ меняются

во

многих

отраслях

при охлаждении

твердевая,

современной

расплавленной

эвтектика

цам кристаллитов

механические

технологические

В то же время при нагревании до

специфическими физико-механическими свой­

дой

ствами:

оплавляется

высокой

тепло-

и

электропроводно­

содержащей на

по

за­

грани­

меди, тем самым ухудшая ее

и

техники, что объясняется в первую очередь их

меди,

меди,

располагается

свойства.

1065

кислород,

границах

ос твер­

эвтектика

кристаллитов

меди,

стью, стойкостью против коррозионных и эро­

охрупчивая металл. Все это может привести к

зионных разрушений в ряде агрессивных сред,

образованию трещин в металле при его нагру­

высоким уровнем

жении,

механических свойств при

низких температурах и др.

В

в

том

числе

вызванном

сварочными

напряжениями.

промышленности

используют

медь

Температура плавления закиси меди (не в

различных марок в зависимости от чистоты по

виде эвтектики)

ГОСТ

плавления меди. При охлаждении закись меди

859-2001

(табл.

11.9).

При обычных условиях медь достаточно инертна,

но

при

кислородом,

нагревании

серой,

она

фосфором,

реагирует

с

также

ОС, выше температуры

1235

затвердевает

по

границам

кристаллитов

меди, снижая ее механические свойства.

галогенами,

Кислород,

содержащийся

в меди, ухуд­

водородом, образуя неустойчивый гидрид СиН;

шает

с углеродом образует взрывоопасную ацетиле­

уменьшает тепло- и электропроводность.

нистую медь Си2С2; с азотом практически не реагирует,

качестве

что

позволяет

защитного

использовать

газа

при

сварке

его

в

чистой

ее

Взаимодействие растворима

ВзаИ."I10деЙствие с кислородом. Кислород,

сварке.

температуре меди

>900

при

ос и особенно тогда,

когда она расплавлена.

Кислород в меди находится в связанном

состоянии

-

в виде закиси меди (Си20), кото­

рая образует с медью эвтектику (Си температурой

плавления

1065

+ Си20) с

ОС, несколько

11.9.

меди

твердость,

Сера и

Содержание

ГОСТ

хорошо

практически серы

и

859-2001,

ограниченном количестве [до

ВзаU"l10действие влияет

на

меди

ее

и

качество сплавов,

с

водОРодQ"II.

сварных вызывая

Водород

соединений

пористость

в

из ме­

талле шва и образуя трещины. Водород раст­ воряется

в

меди

в

соответствии

с

законом

Сивертса, и его растворимость зависит от тем­ пературы

и парциального давления в газовой

Химический состав меди

Массовая Марка

доля

меди

Cu + Ag, %.

Массовая доля допустимых примесей,

%,

не более

не менее

РЬ

Si

Sп

Sb

As

S

МООб

99,99

0,001

0,0005

0,001

0,001

0,001

0,002

МОб

99,97

0,003

М1б

99,95

0,004

0,0010

0,002

0,002

0,002

М1

99,90

0,005

М2р

99,7

М3р

99,50

М2

99,7

М3

99,5

0,010

0,050

O~

0,001

0,003

0,0020

0,005

0,010

0,0030

0,050

0,050

0,0020 0,0030

0,050

в

ее

(мас.)] существенно не отражается на

мер, окисляет медь при высоких температурах.

возрастает

с серой.

в твердой.

присутствие в

0,1 %

существенно

повышает

жидкой

регламентирует

если не при менять соответствующих защитных

Темп окисления

в

нерастворима

меди

меди.

пластичность,

0,005 0,050

0,010

Примечание. Тире означает, что заданная примесь не нормируется.

0,004

0,010

Р

0,0005 0,0020

0,003 0,050

-

0,010

0,0600

0,070 -

0,080

115

МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

атмосфере. Растворимость водорода в меди при

снижаются

кристаллизации

водность,

изменяется

почти

в

раза

2

сильнее, чем в железе. Это приводит к тому,

ность

что

растает.

при

высокой

скорости

кристаллизации

сварочной ванны в процессе сварки меди газ не

успевает выделяться из металла, образуя поры или концентрируясь в микронесплошностях,

и

к

ном

исключена

возможность

ской диффузии водорода из основного металла к шву. Накапливаясь вблизи линии сплавления, водород создает пористость в ОШЗ. Поэтому при сварке ответственных изделий из меди, в

которых талла,

необходима к

высокая

основному

плотность

металлу

ме­

необходимо

предъявлять жесткие требования по содержа­ нию в нем водорода. Электрошлаковый пере­ плав

или

вакуумная

плавка

значительно

сни­

состояниях,

Основными

типами

сплавов

на

основе

применение

до

50 %

туре

получили

(мас.)

могут

Zn.

быть

латуни

с

пределах

(мас.)

Zn,

и легко

коррозионно-стоЙки.

цинка и

(CuZn, CuZn2

При

образуются др.),

ухуд­

шающие пластические свойства латуни. Алю­ миний уменьшает летучесть цинка, образуя на поверхности расплавленной латуни защитную

пленку из оксида алюминия. Железо задержи­ вает рекристаллизацию латуней и измельчает зерно,

повышая

механические

и

технологиче­

ские свойства сплава. Кремний улучшает сва­ риваемость латунеЙ. Некоторые марки латуней приведены в табл.

11.10.

Из деформируемых сплавов для изготов­ ления сварных конструкций чаще всего упот­

ребляется марка Л63, в значительно меньших объемах используются латуни марок Л68, Л90,

как

тейных латуней, то их сваривают главным об­

однофазными

39 %

жания цинка повышается

+

(а-

или

~-латуни).

разом

ЛС59-1,

ЛМц58-2.

при производстве

Что касается ли­

ремонтных

прежде всего при исправлении дефектных уча­

лату­

стков литья. Чаще друтих применяются латуни

с увеличением содер­

марок ЛЦ40Мц3Ж, ЛЦI6К4, в меньших объе­

Zn,

Т.е.

свойства

прочность

латуни

и

11.10. Химический

мах

-

латуни друтих марок.

состав латуней

Массовая доля допустимых примесей,

%

Си

As

Сплавы, обрабатываемые давлением (ГОСТ Л63

62 ...65

Л90

88... 91

ЛО62-1

61 ...63

работ и

при

раствора,

(мас.)

ней плавно изменяются:

Марка латуни

39 %

воз­

Эти латуни по своей струк­

а-твердого

содержании до

склон­

ЛО62-1,

~-латуни), так и двухфазными (а В

содержанием

а

хорошо свариваются

концентрациях

интерметаллиды

жают содержание водорода в меди.

меди являются латуни и бронзы. Практическое

стойкость,

растрескиванию

обрабатываются давлением в горячем и холод­ больших

не

тепло- и электропро­

Латуни, содержащие до

даются трешины.

При сварке

коррозионному

очень пластичны,

создает высокое давление, при котором зарож­

образования дефектов в результате термиче­

пластичность,

коррозионная

15527-70)

-

ЛС59-1 ЛМц58-2

-

-

0,7 ... 1,1

-

0,8 ... 1,9

57 ...60

1,0... 2,0

57 ...60

-

1,0... 2,0

ЛЦ40Мц3Ж

53 ... 58

0,5 ... 1,5

3,0.. .4,0

ЛЦl6К4

78 ... 81

-

-

-

-

Сплавы литейные (ГОСТ ЛЦ40Мцl,5

-

17711-93)

-

Примечаиие. Остальное

-

цинк.

3,0.. .4,5

-

-

-

Глава

116

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Бронзы представляют собой сплавы меди с

цинком,

алюминием,

бериллием,

железом

марганцем,

и

другими

кремнием,

элементами.

или

предварительного

ный

коэффициент

вают необходимость

компоненту.

креплении

группы:

рых

оловянные,

определяется и

613-79, став

химический

ГОСТ

состав кото­

18175-78, 5017-74,

безоловянные,

которых

на две большие

химический

определяется ГОСТ

со­

493-79

и

В промышленности широко применяются меди

никелем

ские К

большой вать

кромок

толщине

величину

сварки или

по

при жестком при хваткам.

за­ При

металла следует регулиро­

зазора

в

ходе

сварки.

Малое

время существования сварочной ванны в жид­ ком

состоянии

ограничивает

возможности

ее

металлургической обработки. В частности, при

18175-78. сплавы

Значитель­ расширения

(КЛР) и его зависимость от температуры вызы­

Бронзу называют по основному легирующему Бронзы делятся

подогрева.

линейного

с

никелем.

Легирование меди

существенно повышает ее

свойства

и

коррозионную

коррозионно-устойчивым

раскислении

сплавам

можно

более активные

Высокая теплопроводность

механиче­

стойкость.

меди требуются

раскислители, чем при сварке сталей. меди и спла­

вов на ее основе затрудняет получение высоко­

качественного

формирования

бер

сварного шва здесь необходим в ряде случаев

(МНЦ 15-20),

в

том

числе

нейзильбер

(МНЦСI7-18-I,8),

куниаль

предварительный,

нормального

шва.

Для

свинцовистый

обеспечения

сварного

отнести: мельхиор (МНЖМц30-1-1); нейзиль­

формирования

а иногда и сопутствующий

(А-МНАI3-3 и Б-МНА6-1,5), а также сплавы

подогрев. Если не подогревать предварительно

МН] О и МНЖ5-1, наиболее часто применяе­

свариваемую

мые для изготовления сварных изделий. Они,

(присадочный) металл, расплавляясь в дуге, не

особенно

будет обеспечивать

последний

из

названных

сплавов,

конструкцию,

то

стабильное

сварочный

сплавление

с

широко используются в виде труб, работаю­

основным металлом конструкции. Это особен­

щих в агрессивных средах, главным образом в

но сказывается

контакте с морской водой, а также в виде лис­

го шва, на которых интенсивный теплоотвод в

тов и прутков (ГОСТ

массу основного металла при водит к образова­

На

492-73).

изготовление

сварных

изделий

из

Сплавы никель

35 %

-

на

(мас.)

и

Ni

щий

15 % Ni

и

тройной

13 .. .45 %

основе

медь

Высокая

(мас.)

Zn.

соединений,

5...

Наиболь­

получил сплав, содержа­

20 % ZN

сварно­

теплоемкость

этих

металлов

также затрудняет процесс образования сварных

цинк типа нейзильбер содержат

шее распространение

участках

нию непроваров.

мельхиора идут листы, ленты, прутки, трубы и другие полуфабрикаты.

на начальных

(МНЦ 15-20). Он пред­

поскольку

может

вызвать

пере­

грев во время сварки и образование прожогов. Чтобы

исключить

появление такого дефекта,

необходимо в соответствующий шить тепловложение

в металл,

момент умень­ что достигается

ставляет собой тройной твердый раствор нике­

либо уменьшением сварочного тока, либо уве­

ля и цинка в меди. Нейзильбер обладает высо­

личением

кой

комплексом этих технологических

коррозионной

стойкостью

на

воздухе,

в

растворах солей и органических кислот и удов­

перемещения

дуги,

либо

приемов.

Высокий КЛР меди и сплавов на ее осно­ ве приводит к большим деформациям сварных

летворительно сваривается.

изделий,

11.3.2.

скорости

ОСОБЕННОСТИ СВАРИВАЕМОСТИ МЕДНЫХ СПЛАВОВ

сварки

а

при

охлаждении

металла

может быть причиной

после

образования

в

них трещин. Особенно опасно то, что влияние

Сварка чистой меди существенно отлича­

высокого КЛР, в частности КЛР меди, сочета­

ется от сварки сталей в силу особенностей теп­

ется

лофизических свойств этих металлов. Вследст­

металла в интервале температур

вие высокой теплопроводности

поэтому прежде всего следует избегать жест­

меди (почти в

б раз большей, чем у стали) для сварки плавле­

тепло-

и

мощностью.

температуропроводности

меди

ют высокие градиенты температуры охлаждения,

а также

существования применения

определяют

сварочной

повышенной

Высокие созда­

и скорости

малое

время

ванны, что требует погонной

энергии

про валом

прочности

и

пластичности

250 ... 350

ОС,

кого закрепления конструкций при сварке.

Взаимодействие меди и сплавов на ее ос­

нием необходимо при менять источники нагре­ ва с большой тепловой

с

нове в расплавленном состоянии с

газами и,

в

частности, их легкая окисляемость и способ­ ность растворять в себе водород могут привес­

ти

к

образованию пор

и трещин

в

металле

шва и по линии сплавления, а также трещин в

ЗТВ.

МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

Большая жидкотекучесть меди, превосхо­

дяшая примерно в

2 - 2,5

раза такой же показа­

тель для стали, не позволяет проводить на весу одностороннюю

стыковую

сварку

с

полным

117

При сварке кремниевых и кремнемарган­

цовых бронз окисление не кремний

является

опасно, так

хорошим

как

раскислителем.

При сварке бериллиевых бронз следует иметь в

проплавлением кромок и хорошим формирова­

виду,

нием шва с обратной стороны. Для однопро­

расплавленном состоянии. Для бериллия ха­

ходных стыковых швов требуется применение

рактерна особенность поглощать азот при тем­

подкладок,

пературе

плотно

прилегающих

к

сваривае­

мому металлу: медных, графитовых, из сухого

асбеста,

флюсовых

жидкотекучесть

подушек

и

др.

Большая

меди затрудняет также

сварку

в вертикальном и особенно в потолочном по­ ложениях.

При сварке латуней окисление металла не опасно,

так

кислителем,

как

цинк

является

связывающим

хорошим

кислород,

рас­

поэтому

металл шва достаточно раскислен. При раство­ рении водорода в жидком металле значительно

интенсивнее начинает испаряться цинк. Вместе

с тем, любое

выгорание

и

испарение

цинка

снижают прочность металла шва. Поэтому при электродуговых видах сварки и газовой сварке для

уменьшения

потерь

цинка

в

сварочные

прутки, проволоки, флюсы, покрытия электро­ дов и т.д. вводят более активные раскислители, например

оксид

кремний, образующий тугоплавкий

Si0 2,

температурный интервал кристал­

лизации которого оксида

1625 ... 1750

покрывает

ванну

ос. Пленка этого

жидкого

металла

и

препятствует окислению и испарению цинка.

При сварке алюминиевых латуней (и осо­ бенно алюминиевых бронз) окисление металла шва и рядом со щвом при водит К интенсивному

что

ВезNz,

бериллий

окисляется, особенно в

ОС, при этом образуется нитрид

>650

отличающийся

высокой

твердостью.

Твердый бериллий активно растворяет водо­ род, еще большее растворение наблюдается в жидком

металле, в

котором растворение скач­

кообразно растет. При

сварке

медно-никелевых

возможны окисление металла шва и

сплавов растворе­

ние в нем водорода. что при водит к появлению

пор и повышает склонность к гт. Механизм образования этих дефектов аналогичен тому, что наблюдается при сварке меди. Образую­ щаяся же закись никеля

NiO

ру плавления в

раза выше температу­

ры

плавления

1,6 - 1,7

при меняемых

сплавов, и так как выводится

в

NiO

шлаки,

имеет температу­ медно-никелевых

к тому же еще плохо

то

она

остается

в

шве,

ухудшая его качество.

у алюминиевых бронз, особенно одно­ фазных, наблюдается существенное понижение пластичности при температуре

ос.

395 ... 695

Поэтому во избежание образования трещин в швах и 3ТВ при сварке и заварке дефектных участков литья необходимо обеспечить мини­ мальную

жесткость

в

сварных

соединениях

образованию пленки оксидов алюминия А 120з,

наряду с ограниченной температурой предва­

температура плавления которого

рительного подогрева.

1,7 - 1,8

раза

этих сплавов. извольному

2047

выше температуры

ОС, Т.е. в

плавления

Пленка А 120з мешает самопро­ растеканию

металла

шва

и

его

формированию, засоряет шов шлаком, так как последний не растворяется

в жидком металле,

и снижает его качество (механические свойства

и сплошность).

При соблюдении необходимых требова­ ний сварные соединения обеспечивают уста­ новленный уровень эксплуатационной прочно­ сти сварных конструкций.

11.3.3. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ И СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ

Кроме того, могут появиться

поры и трещины.

) ).3.3.).

При сварке оловянных бронз металл шва

ПОДГОТОВКА ПОД СВАРКУ

водо­

Свариваемый металл и электродную про­

родом, что вызывает поры, а при неблагопри­

волоку перед сваркой тщательно очищают от

может насыщаться

ятных

условиях

-

газами и, в частности,

И

трещины.

У

оловянных

оксидов и загрязнений до металлического бле­

бронз из-за наличия вредных примесей (висму­

ска механически (шабером, наждаком и

та, свинца) металл охрупчивается при темпера­

или химически (травлением в растворе, содер­

туре

жащем в

390 ... 650

ос. Для предотвращения трещин

необходимо обеспечить

минимальные жест­

HCI,

1 л 75

остальное

мл НNО з ,

-

100

мл

пр.)

H2S0 4 , 1

дистиллированная

вода,

мл

с

кость сварных соединений и тепловложение, а

последующей промывкой в воде, затем обез­

при

жириванием).

многопроходной

сварке

последующие

Кромку можно зачищать меха­

проходы выполнять после охлаждения преды­

ническим способом (наждаком, металлически­

дущих.

ми щетками и др.). Абразивным камнем поль-

Глава

118

зоваться

не

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

рекомендуется,

так

как

оставляе­

лагают строго в плоскости стыка, наклон элек­

мые им на поверхности металла глубокие рис­

трода

ки служат очагами последующих загрязнений и

затрудняют

обезжиривание

60 ... 800

«углом назад».

При сварке в азоте швы более склонны к

органическими

порообразованию, рах сварочной

растворителями.

особенно при малых разме­

ванны и повышенной

скорости

ее охлаждения. Это объясняется тем, что в азо­ ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

11.3.3.2.

те металл сварочной ванны проявляет тенден­ цию

Сварка в защитных газах меди и ее спла­ вов

проводится

неплавящимся

и

плавящимся

ные токи, на

виде

51-940-80, а также отношении 50 ... 75 % (об.) Аг.

N 2 15 ... 20.

меньшие по сравнению

11.11).

обеспечивают

получение

металла шва, по составу и физическим свойст­

аргон

вам

марок

близкого

к

механические

их смеси в со­

понижены:

основному

свойства

наличие

металлу,

однако

сварного

соединения

пористости

уменьшает

плотность металла шва. При введении в состав

Медь сваривают неплавящимся вольфра­ мовым электродом на постоянном токе прямой

присадочных

полярности. Целесообразно использовать лан­

рующих

танированные или итгрированные вольфрамо­

возрастают,

вые электроды по ГОСТ

и

23949-80.

Не ~10 ... 20;

10... 15 %

М 1, МО при сварке

В качестве защитных газов служат азот

А и Б по ТУ

Расход

Присадочные проволоки из чистой меди

используют сварку плавящимся электродом.

высщего сорта по ГОСТ

8... 10;

с аргонодуговой сваркой (табл.

проволоки непосредственно в зону дуги. Реже

6-02-375-66, 10157-79, гелий

жидкотекучести.

При сварке в среде азота применяются свароч­

низированную сварку вольфрамовым электро­

особой чистоты по МРТУ

уменьшению

следующий: Аг

электродами. Наиболее часто применяют меха­ дом с подачей присадочного металла в

к

защитного газа (в литрах в минуту) в среднем

Неплавя­

проволок раскислителей

компонентов но,

как

механические

правило,

электропроводность

и леги­ свойства

снижается

металла

шва,

что

тепло­ часто

щимся вольфрамовым электродом сваривают в

недопустимо.

В таких случаях рекомендуются

аргоне без предварительного подогрева медь

присадочные

проволоки,

4 ... 5 6 ... 8 мм.

-

толщиной до

мм, в гелии и азоте

щиной до

При сварке электрод рас по-

11.11.

ными

тол­

раскислителями.

легированные

Составы

проволок приведены в табл.

силь­

присадочных

11.12.

Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки меди неплавящимся электродом Диаметр

Толщина металла

8,

мм

Число

неплавяще-

Диаметр

проходов

гося

присадки

(кроме

электрода

dпр , мм

подварочн

d,MM

1,2'

2,5 ... 3,0

1,6

3,0'

3,5 .. .4,0

2,5 ... 3

(У -образная

4.. .4,5

разделка кромок)

5,0 6,0

1

3

5,0 6,0

• Без разделки

кромок.

7,0 ... 8,5

Первый проход

200 ... 350

Второй проход

200 ... 350

Третий проход

200 .. .400

7... 8

250 ... 300

Первый, второй проходы

3,0 5... 5,5

120 ... 130

Подварочный шов

250 .. .400

19 (Х-образная

л/мин

230 ... 240

3,0

разделка кромок)

аргона,

ого)

3,0 10

Расход

[ев, А

6

Третий, четвертый проходы

250 .. .400 Пятый, шестой проходы

300... 550

]0 ... 12

МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

11.12. Марки

119

присадочиого материала для сварки меди

и ее сплавов иеплавящимся электродом

Марка свариваемо-

Присадочный материал

Газ

го металла

Массовая доля,

Марка

Азот

МРЗТЦр60-0,1-0,1-0,1

0,08 ... 0,14 РЗМ·, 0,08 ... 0,04 Ti, 0,08 ... 0,14 Zn, 0,08 ... 0,14 В

БрНЦр, БрХНТ

ГОСТ

16130--90

БрКМцЗ-1

ГОСТ

5222-72

ГОСТ

16130--90

М1,М2,МЗ

Аргон, гелий

БрХО,8

БрНЦр, БрХНТ, БрНЦрТ

БрХНТ

%,

БрХНТ

или ГОСТ

• Редкоземельный металл. При сварке латуней, бронз и медно-ни­ келевых

сплавов

предпочтительнее

использо­

вать вольфрамовый электрод. При этом испаре­

способ позволяет получать наиболее прочные и пластичные

соединения

по сравнению

с други­

ми способами сварки.

ния цинка и олова будуг значительно меньше, чем при сварке плавящимся электродом.

11.3.3.3.

Сварку меди плавящимся электродом в защитных

газах ведуг,

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

как правило, на посто­

янном токе обратной полярности. Она приме­ няется для меди толщиной ~6 ...8 мм. Рекомен­

Основным

преимуществом

автоматиче­

ской сварки меди под флюсом является воз­

дуются у- и Х-образные разделки. Производи­

можность получения стабильно высоких меха­

тельность сварки меди в

раза выше, чем

нических свойств без предварительного подог­

при сварке неплавящимся электродом. Однако

рева. Поэтому при изготовлении крупногаба­

2- 3

электродом

ритных сварных конструкций из меди больших

процесс неустойчив, с трудом устанавливается

толщин технологический процесс достаточно

стабильный струйный перенос металла в сва­

прост и почти не отличается от процесса свар­

рочной дуге и сложно получить беспористые

ки сталей.

при

сварке

в

аргоне

плавящимся

Рекомендуемые

швы. При сварке в азоте эффективный и тер­

материалы

приведены

аргона и гелия. Глубина проплавления получа­

иметь

ется выше, но устойчивость дугового разряда в

флюсами в шов переходят кремний и марганец,

азоте ниже, чем в аргоне и гелии. Несмотря на

восстановленные из шлака. В результате ухуд­

высокую

шаются теплофизические свойства меди и по­

сварке

чистоту

окисляется

защитных и

может

газов,

медь

возникать

при

порис­

тость, что определяет необходимость примене­

в

в табл.

сварочные

мический КПД дугового разряда выше, чем для

виду,

что

11.13. при

При этом следует

сварке

под

вышается ее электросопротивление

по сравне­

нию со свариваемой медью.

Металл толщиной до

ния легированных при садочных и электродных

20 ...25

ют одним электродом диаметром

проволок.

кислыми

мм сварива­

4 ...5

мм без

При сварке латуни плавящимся электро­

разделки кромок. При большей толщине ме­

дом используют бронзу, легированную алюми­

талла рекомендуют U-образную разделку (при­

нием с добавкой фосфора, а также БрКМцЗ-1.

тупление

Режимы сварки латуни практически те же, что

волок диаметром

и при сварке листов меди. Предварительный

ним электродом диаметром

флюсы (АН-20,

толщиной> 12 мм.

механические

мм) и двухэлектродную (из про­

свойства

соеди­

5

мм) сварку или сварку од­

6 мм

(табл.

11.14).

для сварки латуни применяют плавленые

подогрев необходим лишь при сварке листов

Высокие

5... 8

разработанный

нений из бронзы получают при сварке в инерт­

В

ных газах. Так, на алюминиевой

бронзовые (БрКМцЗ-1, БрОЦ4-З) и латунные

бронзе этот

качестве

ФН-10), а также специально

для латуней флюс МАТИ-5З.

сварочных

про волок

используют

Глава J 1. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

120 11.13.

Сварочные матерналы для автоматической сварки меди под флюсом Марка флюса

Группы флюса

Марка электродной проволоки

Высококремниевые марганцовые

АН348,ОСЦ-45М

Низкокремниевый безмарганцовый

АН20С

Среднекремниевый маломарганцовый

АН26С

Бескислородный фторидный

АН-М]

11.14. Ориентировочные Толщина

Соединение

БрКМц3-1, М], БрЩЦ4-3

М!

режимы автоматической сварки меди под флюсом

/д, А

Разделка кромок

заготовки

5...6 Без разделки

]0... ]2 Стыковое

]6...20

]6...20

Ориентировочный

470 УС. =

А,

25

]2

режим

сварки

мм: ток дуги /д =

напряжение дуги

Ид

=

450 ... 30 ... 32 В,

м/ч, используется односторонняя свар­

ка без разделки кромок в один проход. Предел прочности

сварного

рок

ЛМц58-2,

Л62,

проволокой

соединения

выпуклостью

ЛО62-1,

100... 180°.

294 ... 392

45 ...40

40.. .44

20... 15

из латуни

ма­

245 ... 343

45 ... 50

сварочный ток снижают на соединения

8...6

-

медь

]5 ... 20 %.

Сварные

низкоуглеродистая

сталь

обладают хорошими механическими свойства­ ми: 0'. = 205 ... 225 МПа, KCU = 343 ... 980 кдж/м 2 .

11.3.3.4.

\jI =

59 ... 72 %,

РУЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА

ПОКРЫТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ

Такая сварка выполняется на постоянном

загиба

Хорошо свариваются под флюсом

6...4 12...8

же, как и при сварке медных соединений, но

МПа, а с

угол

8...6

48 ...55

]000... ] ]00

выполненного

МПа,

12...8

45 ... 50

850... 1000

БрОЦ4-3 под флюсом АН-20, без

выпуклости шва составляет

38.. .42

700...800

]200... 1400

Односторонняя

25 ...30

(ЛК80-3).

500...550

]000... ] 100

U-образная

35...40

латуни толщиной

Уев, м/ч

850... ] ]00

25 ... 30

Угловое

и",В

токе обратной

полярности.

Для

прихватки

и

бронзы (алюминиевые, хромистые, свинцовые

сварки применяют: электроды типа «Комсомо­

и др.). Сварку бронзы, как и меди, выполняют

лец», где стержень

на постоянном токе обратной полярности.

покрытием

Автоматическую

дуговую

применяют для соединения

сталью.

Сварка

проводится

со

БрКМц3-1); элек­

-

под

троды марки АНЦ-1 или АНЦ-2, где стержни

меди со

соответственно из бронзы БрХ07 или меди М 1.

сварку

флюсом

из меди М 1; электроды с

-

ЗТ (стержень

смещением

электрода на медь, практически без оплавления

Перед сваркой листов

меди толщиной

>4

мм

электродами типа «Комсомолец», ЗТ и други­

стали: расплавленная медь смачивает стальную

ми

кромку, и соединение образуется за счет диф­

300°с. При большей толщине предваритель­

фузии меди в сталь. Применяется специальная

ный подогрев может быть до

разделка кромок: скос только медной кромки

ровочные режимы приведены в табл.

под углом

45°

с притуплением, равным поло­

необходим

местный

Медь толщиной до

4

разделки кромок, до

разделкой их при угле скоса до

зазора,

расстояние

оси

электрода от края медной кромки составляет

0,65 ... 0,70

толщины меди. Режим сварки такой

туплении

1,5 ... 3

мм.

до

200 ...

ос. Ориенти­

11.15.

мм сваривают без

вине толщины. Стыковое или угловое соедине­ без

мм

500

ние

собирается

1О

подогрев

-

с односторонней

60 ... 700

и при­

При большей толщине

рекомендуется Х-образная разделка.

МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

11.15. Ориентировочные

режимы ручной

н качестве плазмообразуюшего газа использу­

ют смесь аргона с гелием (объемная доля гелия

сварки стыковых соединений меди электродами типа «Комсомолец»

80 ... 85 %).

Диаметр

металла,

электрода,

мм

мм

3

3.. .4

180...200

4

4... 5

220...270

5

5

300...350

с

атмосферой

5

330...380

5...6

350.. .400

8

6

380.. .420

10

8

420... 500

сваркой

трубы с толшиной стенки

изготовляют

0,2 ... 0,5

мм из меди

М 1, латуней Л63, Л68, Л90, бериллиевой брон­

25 ...27

зы и др. Наиболее эффективная сварки

той

26...28

достигается

при

микрокамеры,

в

зашита зоны

использовании

которой

закры­

располагается

плазмотрон.

11.3.3.6.

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ СВАРКА (ЭЛС)

28... 30 ЭЛС весьма эффективна при изготовле­ нии

Для сварки латуней, бронз и медно-нике­ применяют

хорошего

по слою флюса (например, АН-26С). Микроплазменной

7

и

формирования шва сварку можно выполнять

И,В

f CB' А

6

сплавов

Для зашиты сварочной ванны от

взаимодействия

Толщина

левых

121

электроды

марок

электровакуумных

приборов.

Так,

при

сварке особо чистой меди марки МБ обеспечи­ ваются высокие механические свойства соеди­

ММ3-2, Брl/ЛИНТ, ЦБ-1, МН-4 и др. Широкое

нений с сохранением исходной чистоты метал­

применение

ла в сварном

нашли

электроды

с

покрытием

(табл.

«Комсомолец-lОО».

Теплошва

при

и

сварке

чительно

электропроводность покрытыми

снижаются.

Н

металла

электродами

процессе

зна­

плавления

11.16)

шве и

ОШ3.

интенсивным

испарением

также

с

его

высокой

Поэтому

часть легируюших компонентов и электропро­

неострофокусированным

водность шва составляет порядка

от элек­

20 %

ства швов, выполненных крытыми

электродами,

тельны: О"В =

176 ... 196

дуговой сваркой вполне

по­

удовлетвори­

МПа, угол загиба

180°.

Ручная дуговая сварка латуни при меняет­ ся редко, так как интенсивное

испарение цинка

затрудняет работу сваршика. При сварке лату­ ни

применяют

пониженные

Сварные

о"в

предварительный

токи

и

подогрев,

повышенные

соединения

из

латуни

скорости.

Л62

имеют

= 243 ... 340 МПа, угол загиба 126 ... 180°. Сварку

выполняют

бронз

покрытыми

постоянным

током

электродами

обратной

по­

лярности как с подогревом, так и без предвари­ тельного

подогрева,

160 ... 280

при меняемые

токи

А, диаметр электродов 6 ... 8 мм.

11.3.35.

кромки разделки

и

чение

минимальным

механической обработки до и

объемом

после сварки.

в

вакууме

малых

теплопроводностью. толшин

или

выполняют

колеблюшимся

на режим

ЭЛС

меди

их

при водит

к

уменьшению глубины

проплавления и размеров 3ТН. Наличие в меди и особенно в ее сплавах легкоиспаряюшихся элементов (кадмий, цинк, магний, свинец и др.) затрудняет и даже делает невозможной сварку этих сплавов электронным лучом. Из низколе­ гированных медных сплавов наиболее широкое распространение

получила

бронза

БрХО,8,

применяемая в конструкциях, работаюших при повышенных температурах.

11.16.

Ориентировочные режимы эле меди

Толщина

f n,

меди, мм

ее спла­

сварки стыковых соединений без кромок,

сварку

Большое влияние

вов больших толшин: возможностью осущест­ вления больших тепловложений в свариваемые

металла

оказывает содержание в ней примесей, увели­

Этот способ обладает рядом преимушеств меди и

меди

пучком.

ПЛА3МЕННАЯ СВАРКА

при соединении элементов из

ЭЛС

при перегреве выше температуры плавления, а

электрода с покрытием в металл шва переходит

тропроводности меди М 1. Механические свой­

При

возникают трудности, связанные с

Иус ' кВ

VeB' м/ч

1

70

14

20

2

120

16

20

4

200

18

18

6

250

20

у с л о в н ы е электронного жение.

мА

пучка;

о б о з н а ч е н и я

18 : fn

Иус - ускоряющее

- ток

напря­

Глава

122

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Один из основных дефектов пористость как в

при ЭЛС

металле шва, так

и

При сварке ДРПК порообразование имеет

-

на линии

особенности,

обусловленные

спецификой

про­

сплавления. Весьма эффективно удается устра­

цесса. Так, наличие вакуума способствует дега­

нить

зации расплавленного

пористость

в

ходов. На меди М

результате

1

толшиной

повторных

5

про­

мм уже после

ятно сказывается

металла,

на плотности

ке в широком

диапазоне

ная, а все поры сосредоточены на линии сплав­

тость

ширина

ления. При увеличении числа проходов число

сварке

второго прохода

центральная

часть

шва

плот­

влияет

При ЭЛС меди и бронзы БрХО,8 получа­ ют швы с мелкозернистой структурой и меха­

при

свар­

На порис­

Поэтому

при

>3 мм рекомендуется 0,1 ... 0,3 мм. Весьма

зазор

эффективно удается устранить пористость по­ вторными проходами.

Сварку меди ДРПК следует вести со ско­

ническими свойствами, практически одинако­ выми со свойствами основного металла.

режимов.

зазора.

меди толшиной

гарантированный

пор на линии сплавления также уменьшается.

что благопри­ швов

ростью ~0,3 см/с, поскольку из-за интенсивно­ го испарения меди в вакууме возможна вогну­

тость сечения шва. Испарение меди при воз­

11.3.3.7

ДУГОВАЯ СВАРКА В ВАКУУМЕ

действии ДРПК менее интенсивное, чем

Сварка меди дуговым разрядом с полым катодом

(ДРПК)

при

давлении

в

камере

(5 ... 8) 10-2 Па позволяет достичь наиболее вы­ сокого качества сварных соединений, и во мно­

шва практически гладкая.

Качество швов сушественно зависит от подготовки кромок и марки меди. Например,

гих случаях этот способ может конкурировать

при сварке меди

с ЭЛС меди. При сварке меди следует приме­

4

нять ДРПК на режимах, обеспечиваюших

У еВ =

мак­

симальную плотность теплового потока. ДРПК

при

воздействии электронного луча, и поверхность

марок МБ и

М

мм в нижнем положении при

0,7

см/с,

1 = 1 см

1

толшиной

J

=

180

А,

при одинаковой геомет­

рии швов медь М] более склонна к пористости.

можно сваривать за один проход медные листы

Наличие в меди и особенно в ее сплавах легко­

без разделки кромок толшиной до

испаряюшихся примесей и добавок сушествен­

больших

толшинах

необходимо

мм. При

6

разделывать

кромки и сварку проводить с подачей приса­

но

затрудняет

меди

целесообразно использовать под­

формиро­

При оптимальном подборе режимов свар­

дочного металла. Ввиду большой жидкотеку­ чести

высококачественное

вание швов ДРПК в вакууме. ки ДРПК швы, как правило, получаются ваку­

кладки при сварке стыковых соединений тол­

умно-плотными,

шиной

Размер зерна при сварке ДРПК в вакууме не­

>4

мм (табл.

11.17).

беспористыми,

без

трешин.

сварке

сколько меньше, чем при аргонодуговой свар­

ДРПК прямоканальных вольфрамовых полых

ке, а пластичность металла шва, полученного в

катодов, а в качестве плазмообразуюшего газа

вакууме, больше.

Перспективно

применение

при

-

азота и смеси гелия с азотом. При сварке в чис­ том

азоте или смеси азота с

гелием

плотность

J 1.3.3.8. ГАЗОВАЯ СВАРКА

теплового потока ДРПК несколько выше, чем при сварке ДРПК с подачей через полость ка­

При единичном производстве и ремонт­ ных работах рекомендуется использовать газо­

тода аргона.

вую сварку, в процессе которой осушествляют­

11.17.

Ориентировочиые режимы сварки

стыковых соединений ДРПК меди

ка изделия.

Высокая теплопроводность меди

обусловливает применение пламени большой

Толщина металла,

ся подогрев и начальная термическая обработ­

1,

А

иВ

У еВ ' см/с

мм

4

170... 180

6

220...230

8 10

250...270 290... 310

23 ...24 24 ... 25 25 ...26

мг/с,

1= 12

мм.

лой меди

1,3 ... 1,4 1,1 ... 1,2 d.

=

2

раза превышаюшей

мошность для сварки малоуглеродистой стали.

Газовая горелка

1,4... 1,5

Примечаиие. Диаметр полого катода

= 3 мм, Q = 0,8 ... 1,2

мошности, примерно в

-

тепловой источник ма­

сосредоточенности, желательно

поэтому

для

сварки

использовать ацетилено-кис­

лородную сварку, обеспечиваюшую наиболь­ шую температуру ядра пламени. Для металла

малых толшин (до

3 .. .4

выбирается из расчета на

1

мм) мошность пламени

150 ... 175

л/ч ацетилена

мм толщины, а при толщинах металла до

МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

мм

8... 10

исходя из

-

Л/Ч на

175 ... 225

1

мм

123

содержать фосфаты и галиды. Флюсы наносят

толщины. При больших толщинах рекоменду­

на зачищенные

ется применять две горелки: одну для подогре­

кромки

ва, а другую для образования сварочной ванны.

тельно

Сварка

дочного металла, на который наносят покрытие

должна

проводиться

только

в

один

проход с максимальной скоростью во избежа­ ние роста зерен и образования пор.

Для

сварки

меди

нормальное пламя:

и

бронз

используют

13 = 02/С2Н2 = 1,05 ... 1,10, а 13 = 1,3 ... 1,4 (с целью

их

и обезжиренные

10... 12

по

можно

вносить

с

древесного

угля

[10 ...20 %

АI 2 О з ,

алюминия в составе бронзы.

продуктами

металла

защиту

от

сгорания,

сварочной

проводится

среды

извлечением

получаемый

при

окислении

При сварке меди толщиной до

ванны,

окружающей

(мас.)].

са надо вводить фториды И хлориды, раство­

ряющие

на

при са­

При сварке алюминиевых бронз в состав флю­

уменьшения выгорания цинка).

Раскисление

Дополни­

помощью

из компонентов флюса и жидкого стекла с до­ бавками

для сварки латуней

несмотря

свариваемые

мм на сторону.

ки

не

разделывают,

в

качестве

3 мм

кром­

присадочной

проволоки используют медь М 1 или М2, так

закиси меди флюсами или введением раскис­

как

лителей через присадочную проволоку.

При больших толщинах применяют присадоч­

Сварочные флюсы для меди содержат со­

она

ную

не

успевает

проволоку,

единения бора (борная кислота, борный ангид­

ми: до

рид, бура), которые растворяют

от толщины

закись меди,

0,2 %

легированную

Р и

свариваемого

ются следующие

в шлак. Кроме соединений

волоки:

Толщина металла, мм

. ..

Диаметр присадки, мм

1,5 1,5

1,5".2,5 2

Присадку в процессе сварки нельзя дер­

раскислителя­

металла

диаметры

2,5".4 3

окислиться.

В зависимости

0,15 ... 0,3 % Si.

образуя легкоплавкую эвтектику, и выводят ее бора флюсы могут

существенно

рекоменду­

присадочной

4".8 4".5

про­

15 8

8".15 6

троды соответствующего состава. Температура

жать в сварочной ванне, так как это при водит к

плавления флюса должна быть ниже темпера­

дополнительному

туры

отводу теплоты

и

охлажде­

нию ванны. Присадочную проволоку расплав­ ляют обычно второй зоной пламени.

При сварке медных сплавов, содержащих активные раскислители (алюминий, кремний,

марганец), можно использовать присадку, сов­ падающую с составом основного металла. При сварке латуней следует применять кремнистую латунь ЛК80-3.

Медь больших толщин сваривают в вер­ тикальном положении. После сварки осущест­ вляют проковку в подогретом состоянии (до

300.. .400

ОС) с последующим отжигом. При

проковке получается мелкозернистая структура

плавления

меди,

кие флюсы системы

используют

легкоплав­

СаF ъ которые

NaF - LiF -

обеспечивают: устойчивый процесс, подогрев и

плавление

кромок

на требуемую глубину,

хорошее формирование шва и легкое удаление

шлаковой корки. Особенностью режимов ЭШС меди

являются

J = 800... 1000

повышенные

А, и =

40 ... 50

чи пластинчатого электрода

сварочные

токи:

В, скорость пода­

12 ... 15

м/ч. Меха­

нические свойства металла шва мало отлича­ ются

а.

от

свойств

= 190 ... 197

МПа,

основного

металла:

8 = 46 .. .47 %, KCU =

= 1560... 1570кДжlм2 ,а= 180°.

шва и повышаются его пластические свойства.

Другие способы сварки. Медь, как ме­

При правильно выполненной сварке и после­

талл высокой пластичности,

дующей проковке сварные швы имеют проч­

ется всеми видами сварки термомеханического

ность а. =

180°.

При

ЛК62-0,5

166... 215 сварке швы

следующими

а. =

МПа и угол загиба

латуни

Л62

получаются

120 ...

присадкой

плотными,

механическими

385 ... 390 МПа

с

и угол загиба

со

свойствами:

170... 180°.

хорошо сварива­

класса, кроме контактной, так как медь харак­ теризуется

малым

сопротивлением. тонких

ной

медных

техники

переходным

Для

электрическим

при варки

выводов

про волок в изделиях

используют

из

электрон­

термокомпрессион­

ную сварку. Для более крупных изделий слож­

11.3.3.8.

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА МЕДИ

ной конфигурации широко применяют диффу­

И ЕЕ СПЛАВОВ

зионную

Она применяется для сварки меди боль­ ших

толщин:

осуществляют,

30...55

мм.

применяя

Легирование

пластинчатые

шва элек-

сварку

в

вакууме,

лучать соединения и

с

другими

металлами

скими материалами.

позволяющую

по­

меди не только с медью, но и

даже

неметалличе­

Глава

124

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Холодную сварку меди пластической де­ формацией сдвига или сдавливания ют для

сварки

установках.

медных

В

этом

удовлетворительное

шин

в

случае

использу­

энергетических

обеспечивается

электрическое

сопротив­

ление сварных соединений.

11.4. СВАРКА

в

вольфрам, ниобий), и эвтектоидообразующие,

номер

22, относительная атомная масса 47,9, Тпл = 1668 ОС. Он имеет аллотропические мо­ дификации: высокотемпературную J3-Ti с объ­ емно-центрированной

кубической решеткой

низкотемпературную

а- Ti

с

изоморфные, неограниченно раство­

ряющиеся в J3-фазе (ванадий, тантал, молибден,

риодической системы элементов. Его атомный

и

гексагональной

плотноупакованной. Температура

полиморф­

ного превращения титана а

...... J3 в равновесных 882,5 ОС. Плотность a-Ti (4,506 ... 4,56 г/см З ) выше плотности J3-Ti (4,471 г/см З при 400 ОС), поэтому превращение высокотем­ пературной фазы в низкотемпературную а ~ J3 условиях

сопровождается в отличие от сталей уменьше­

и не дает достаточно

сильного внутрифазногонаклепа. Легирующие элементы по

влиянию на

полиморфизм титана (температуру превраще­ ния,

(7,5 %

а-фазе) алюминий образует с титаном хрупкое

группы:

ТИТАНА И ИХ СВАРИВАЕМОСТЬ

(-0,13 %)

J3-фазы, повышению жаропрочности титановых сплавов. За пределами растворимости

J3-стабилизаторы делятся на две основные

ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ

Титан относится к четвертой группе пе­

нием объема

ности, эффективному упрочнению как а-, так и

интерметаллидное соединение Тi з А1.

СПЛАВОВ

11.4.1. СПЛАВЫ

для титана благодаря дешевизне, малой плот­

растворимость, стабилизацию той

обладающие большей, но ограниченной рас­

творимостью в J3-фазе, чем в а-фазе. К их чис­ лу относятся (в порядке повышения темпера­ туры эвтектоидного превращения

и жаропроч­

ности) марганец, железо, хром, кобальт, ни­ кель, медь, кремний, а также свинец, бериллий,

золото, серебро и др. При определенных кон­ центрациях

и

температурных

условиях

эвтек­

тоидообразующие J3-стабилизаторы образуют с титаном ствие

интерметаллидные соединения

эвтектоидного

превращения,

вслед­

при

кото­

ром J3-фаза распадается на а- и у-фазы. По ин­ тенсивности стабилизации можно

расположить

железо,

марганец,

ниобий,

тантал.

в

хром, При

J3-фазы

элементы

следующем

порядке:

молибден,

содержании

ванадий, в

титане

J3-стабилизирующих элементов больше крити­ ческого (в

%): 12

Мо;

15

У;

8 Сг; 4

Мп;

J3-фаза может быть зафиксированапри

6,5 Fe20 ОС.

или

В зависимости от содержания а-стабили­

иной фазы) могут быть разделены на следую­

заторов (А), J3-изоморфных (В Н ) и эвтектоид­

щие группы: а-стабилизаторы; J3-стабилизато­ ры; нейтральные упрочнители (цирконий, гаф­ ний, олово), мало влияющие на температуру полиморфногопревращения(рис.

11.1).

а-стабилизаторы повышают температуру

а --> J3-превращения (см. рис. тельно растворяются

11.1, а), значи­

в а-фазе и не очень в

ных (ВЭ ) стабилизаторов и нейтральных упроч­

нителей (М типы титановых сплавов сводятся к следующим: А

-

А

-

ры

в

нормализованном

сплавы

Ви ;

Ti - А, Ti - А - N; Ti Ti - А - ВЭ - В и ; Ti - А -

Ti Ti -

В и - ВЭ

-

N.

А ВЭ

-

Вэ ;

N;

В зависимости от структу­ состоянии

подразделяют

на

титановые

такие

классы

J3-фазе. Алюминий, стабилизирующий а-фазу,

(табл. 11.18): а-сплавы; (а

является

вы, структуры которых представлены соответ­

основным

легирующим

элементом

+

(3)-сплавы; J3-спла­

ственно а-фазой; а- и J3-фазами; механически

т rJ'f3 (х<а ~ 13

ои· 13

а.

стабильной J3-фазоЙ.

(Х>

13 13 +

Т

()(}-..:....~--I

(X+r

СоiJеРЖQние леzирующих элементоВ

а) Рис.

11.1. Схема

б)

в)

влияиия легирующих элементов

иа температуру полиморфного превращеиия тнтана и структурные днаграммы

Кроме этого, выделяются два переходных класса:

псевдо

а-сплавы,

структура

которых

состоит из а-фазы и небольшого количества

J3-фазы (:<::5 %); псевдо J3-сплавы, структура которых представлена метастабильной J3-фазой и небольшим количеством а-фазы. а-сплавы могут быть термически неупрочняемые и уп­ рочняемые вследствие дисперсионного тверде­

ния; (а

+ J3 )-сплавы -

твердеющие или мягкие

СВАРКА ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

11.18. Номииальный

125

состав промышленных титановых сплавов

(по тнпу структуры в отожженном состоянии) Тип сплава

Марка

Кр

-

а-сплавы

BТl-OO

Нелегированный титан

BТl-O

Тоже

ПТlМ

» » 2 Аl + 2 Zr

ПТ7М

Псевдо а-сплавы

0,25

5Аl

ВТ5-1

5 АI + 2,5 Sn До 0,5 Pd 4,5 Аl + 1,7 V 0,8 Аl + 0,8 Мп 1,5 Аl + 1,0 Мп 3,5 АI + 1,5 Мп 5,0 АI + 1,5 Мп 6,0 Аl + 1,5 Мп 2,0 АI + 1,0 Мо 3,0 Аl + 1,5 (Fe, Сг, Si, В) 4,0 АI + 1,5 (Fe, Сг, Si, В) 6,0 Аl + 1,5 (Fe, Сг, Si, В) 7,0 АI + 1,5 (Fe, Сг, Si, В) 1,0Al + I,ОV+доО,9Fе 2,0 АI + 2,0 V + до 0,9 Fe 4,0 АI + 2,5 V + до 0,9 Fe 5,0 АI + 2,5 V + до 0,9 Fe 6,0 АI + 2,5 V + до 0,9 Fe 6,0 А 1 + 2,5 Zr + 1,0 Мо + 1,0 V 5,0 АI + 2,0 Zr + 3,0 Sn + 2,0 V 6,8 Аl + 2,0 Мо + 1,7 Zr + 2,0 Sn + 0,7 W + 0,2 Si

ПТ3В ОТ4-0 ОТ4-1 ОТ4 ВТ4 ОТ4-2 АТ2 АТ3

АТ4 АТ6

АТ8 ОТ4-0У ОТ4-1У

ОТ4-У ВТ4-У ОТ4-2У ВТ20 ТС5 ВТ25

(а + Р)-сплавы

0,3 ... 0,9

мартенситного типа

ВТ6С

5,ОАI +4,ОУ

ВТ6

6,0 6,0 6,5 6,5 4,5 2,5

ВТ3-1 ВТ8 ВТ9 ВТ14 BТl6 ВТ23

(а + Р)-сплавы

1,0 ... 1,4

ВТ22 ВТ30

переходного типа

%)

ВТ5

4200 До

Средний химнческий состав (массовая доля,

сплава

р-сплавы

2,5 ... 3,0 4201

Псевдо Р-сплавы

1,6 ... 2,4

BТl5

АI

+4,5 V + 2,5 Мо + 2,0 Сг + 0,3 Si + 0,5 Fe АI + 3,5 Мо + 0,3 Si Аl + 3,3 Мо + 1,5 Zr + 0,25 Si АI + 3,0 Мо + 1,0 V АI + 5,0 Мо + 5,0 V 5,5АI +2,ОМо+4,5У+ I,OCr+0,7Fe 5,0 Аl + 5,0 Мо + 5,0 V + 1,0 Сг + 1,0 Fe 11,0 Мо + 6,0 V + 4,0 Zr 33,0 Мо АI

3,ОАl +7,ОМо+ 11,0Сг

ТС6

3,ОАl +5,ОМо+6,ОУ+ 11,0Сг

ВТ32

2,5

АI

+ 8,5

Мо

+ 8,5 V + 1,2 Fe + 1,2

Сг

Примечаиие. К р - отношение содержания ~-стабилизатора в рассматриваемом сплаве к его содержа­ нию в двойном сплаве критического состава (т.е. к минимальному содержанию Р-стабилизатора в сплаве,

который может закаливаться на

100 %

~-фазы).

Глава

126

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Пластичность

после закалки; l3-сплавы могут быть с l3-фазой, механически

стабильной,

механически

неста­

бильной и термодинамически стабильной. По вые

гарантированной

сплавы

прочности

подразделяют

на:

титано­

малопрочные

с а. < 700 МПа; средне­ < 750 ... 1000 МПа; высокопроч­ а. > 1000 МПа.

прочные с а.

Применяют деформируемые и литейные сплавы. В табл. руемые

представлены деформи­

11.18

сплавы,

используемые

для

сварных

конструкций. Разрабатываются новые сплавы со специальными

свойствами

(жаропрочные,

хладостойкие, коррозионно-стойкие) на основе комплексного легирования. Например, из се­ рии

а-сплавов типа СТ,

жаропрочность,

имеющих

специальными

высокую

свойствами

обладают сплавы типа ИРМ. Механические свойства и структура ти­ тана и его сплавов зависят от примесей, кото­ рые

разделяются

N 2,

02,

Н2 -

на

две

группы:

внедрения

-

С, являющиеся а-стабилизаторами, и

l3-стабилизатор; замещения

титана).

Влияние

тельно сильнее.

примесей

Кислород

- Fe, Si (для

внедрения

снижает

значи­

пластиче­

ские свойства в области малых концентраций (до

0,1 %);

в интервале концентраций

он

относительно

пластичности,

(>0,7 %)

но

мало

влияет

при

больщих

на

0,1 ... 0,5 % изменение

содержаниях

титан полностью теряет способность к

пластическому деформированию. Азот охруп­ чивает титан в еще большей степени, при со­ держании его

>0,2 %

с

сохранением

наступает хрупкое раз­

ванием расплава и применением колеблющего­ ся

электронного луча,

что

измельчает структу­

ру а-фазы и уменьшает внутризеренную неод­ нородность.

Необходимые

свойства

соединений термоупрочняемых (а новых

сплавов

сварных

+

13)-тита­

получают после закалки

и

ста­

рения.

При сварке титановых сплавов у сварных соединений наблюдается склонность к замед­ ленному разрушению, причиной которого яв­ ляется

повышенное

сварном

содержание

соединении

вающими

в

водорода

сочетании

напряжениями

с

в

растяги­

первого рода (оста­

точными сварочными и от внешней нагрузки).

Влияние водорода на склонность к трещинооб­ разованию

возрастает

при

увеличении

содер­

жания других примесей (кислорода и азота) и вследствие общего снижения пластичности при

образовании хрупких фаз в процессе охлажде­ ния и старения. Отрицательное влияние водо­ рода при трещинообразовании ридного

превращения

и

-

результат гид­

адсорбционного эф­

фекта снижения прочности. Наибольшее влия­ ние

водород оказывает на

ничтожной

а-сплавы

растворимостью

в

них

в связи

с

водорода

«0,001 %). Растворимость водорода в l3-фазе значительно выше,

поэтому

сплавы,

содержа­

щие l3-фазу, менее чувствительны к водород­ ному охрупчиванию; вместе с тем повышенная

растворимость водорода в l3-фазе увеличивает опасность

чем кислород и азот. Водород

растрескиванию увеличивается при:

вредная при­

прие­

перемеши­

рушение. Углерод влияет в меньшей степени,

-

высокой

повышают технологическими

мами, например электромагнитным

высокопластичные

ные с

прочности

наводороживания.

месь в титановых сплавах. Растворимость во­

ном

риале; насыщении водородом в

составляет

ки (из-за недостаточно тщательной подготовки

0,18 %,

но с понижением темпера­

«0,0007 %),

что приводит К

водорода

в

к

повышен­

дорода в титане при эвтектоидной температуре

туры резко падает

содержании

Склонность исходном

мате­

процессе свар­

сварочных материалов, свариваемых кромок и

выделению вторичных гидридов, преимущест­

т.д.); насыщении водородом в ходе технологи­

венно по плоскостям скольжения и двойнико­

ческой обработки сварных соединений и экс­

вания. Хрупкость, низкая прочность, пластин­

плуатации.

Радикальными мерами по борьбе с тре­

чатая форма гидридов и значительный положи­ тельный объемный эффект при гидридов

(-15,5 %) -

образовании

причины резкого охруп­

Массовая доля примесей в сплавах титана в

следующих

пределах,

снижение

присадочном

чивания титана при наводороживании.

допускается

щинообразованием являются:

в

%:

<0,1 ... сварки для

примесей

лов и

меньше.

техническом

титане

несколько

в

в

основном

%: <0,008

и

Н2;

0,12~; ~(М!ЬЬение правильной технологии

<0,15 ... 0,20 02; <0,05 N 2; <0,006 ... 0,01 Н 2 ; <0,1 С; <0,25 ... 0,30 Fe; <0,15 Si; сумма прочих примесей :0;0,3 %. Допустимое содержание в

газов

материалах,

предотвращения попадания паров

воды и вредных газов в зону сварки (тщатель­ ная подготовка и зачистка сварочных материа­ свариваемого металла, надежная зашита

металла в зоне сварки и рациональный подбор

СВАРКА ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

127

режимов сварки); для уменьшения склонности

ко в связи с более низким, чем у стали, коэф­

к

фициентом теплопроводности (в

замедленному

разрушению

цеяесообразно

а- и псевдо а-сплавы титана сваривать на же­

стких режимах; (а тельно

20

мягких

~)-сплавы

+

- на относи­ охлаждения 10 ...

(скорость

ОС/с); снятие

остаточных

сварочных

напря-

жений; предотвращение

плуатации

сварных

путем

возможности

соединений

выбора сплавов

наво­

при

экс­

рациональ­

ной композиции для работы в средах, где воз­ можно насыщение водородом.

Поры

в

сварных

располагаются

сплавления,

ческую

(в

5

соединениях,

в

снижают

прочность

образование

виде

статическую

сварных

может

присадочной

и

по

зоне

динами­

соединений.

вызываться

проволоке,

которые

цепочки

влагой на

флюсе, кромках сва­

риваемых изделий или из атмосферы при на­ рушении защиты. Перераспределение водорода

титана

тратится

чем для

сварки

низких

коэффициентов

линейного

раза), более

меньше

энергии,

углеродистых сталей.

расширения

Из-за

теплопроводности, и

модуля

упругости

ях титана меньше предела текучести и состав­

ляют

процессов

при

сварке

также

может

для

большинства

высокие

остаточные

Высокий

коэффициент

стью

к ос­

-

новному металлу. Важнейшими мерами борь­ бы с порами, вызванными водородом при вы­ сококачественном тщательная

исходном

материале,

явля­

подготовка

сварочных

мате­

риалов, в частности прокалка флюса, примене­ ние защитного газа гарантированного качества,

вакуумная дегазация и зачистка перед сваркой

сварочной проволоки и свариваемых кромок

(удаление альфированного слоя травлением и

поверхностного

в

расплавленном

состоянии

увеличивает

опасность прожогов и вызывает необходимость более тщательной

сборки деталей под сварку

по сравнению с деталями из сталей.

Критерии свариваемости сплавов титана: наиболее высокая (среди тугоплавких нию к кислороду,

тур в менее нагретые области, от шва

в

натяжения титана в сочетании с малой вязко­

вести к пористости. Растворимость водорода в

диффундирует от зон максимальных темпера­

возникают

~-титановых сплавов или у слабо гетерогени­

титане уменьшается

ры. Поэтому в процессе сварки титана водород

напряжения

сплавов Наиболее

зированных сплавов такого типа.

при­

температу­

металла.

сварных соединениях однофазных как а-, так и

металлов)

с повышением

титановых

основного

(0,6 ... 0,8)0"0,2

в зоне сварки в результате термодиффузион­

ется

4

сопротивлением

раз) и меньшей теплоемкостью для сварки

плавлением

Их

попаданием

водорода вместе с адсорбированной

ных

электрическим

остаточные напряжения в сварных соединени­

дороживания

чаще

высоким

химическая

металлы

активность

соединяются

повышенных

соединений,

охрупчивание

устойчивы

металла;

при низких

1820

ос, нитридов

- 3205

низких

ос

и

резкое

нитриды

и высоких температу­

плавления

при

при

образованием

вызывающих

температура

700... 800

с

оксиды

рах;

чивы

с которыми

непосредственно

температурах

устойчивых

по отноше­

азоту, водороду,

оксидов

титана

ос, гидриды устой­

температурах,

разлагаются,

что

но

при

существенно

изменяет растворимость водорода; высокая

чувствительность

к термиче­

скому циклу сварки, связанная с полиморфным

механической обработкой, снятие адсорбиро­

а

ванного слоя перед сваркой щетками или ша­

высокотемпературной

...... ~-превращением, резким ростом зерна

бером, обезжиривание), соблюдение защиты и

ше температуры

технологии сварки. В сварном шве поры могут

перегревом

и образованием

образоваться вследствие: задержания пузырь­

охлаждении

и старении;

характерная

ков инертного газа кристаллизующимся метал­

~-фазы при нагреве вы­

полиморфного

превращения,

хрупких фаз при

особенность

чистых ме­

лом сварочной ванны при сварке титана в сре­

таллов

де защитных газов; «захлопывания» микрообъ­

трещинам при сварке, главным образом в связи

емов газовой фазы, локализованных на кром­

с

ках

сти, а также теплофизическими свойствами при

стыка,

при

совместном деформировании

-

малым

высокая

температурным

кромок в процессе сварки; химических реакций

повышенных

между

склонность

поверхностными

загрязнениями

и

вла­

гой ИТ.д.

При сварке титана плавлением требуются концентрированные источники теплоты. Одна-

сопротивляемость

вследствие

интервалом

температурах, к

а

замедленному

водородного

горячим

вместе

хрупко­

с

тем

разрушению

охрупчивания

при

наличии растягивающих напряжений первого

рода;

это явление резко

интенсифицируется

Глава

128

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

охрупчивающих

лочной игольчатой структурной мартенситного

факторов: повыщенном содержании примесей,

типа с искаженной гексагональной решеткой.

неблагоприятных

Она образуется в низколегированных а-спла­

при

наличии

дополнительных

структурах,

жестком

напря­

женном состоянии;

вах титана при быстром охлаждении, а также

значительная сварных соединениях

температурная нальную

анизотропия

свойств

в

в связи с тем, что низко­

а-модификация

имеет гексаго­

плотноупакованную

решетку,

для

которой характерно это явление. Основная новых

проблема свариваемости

сплавов

-

получение

сварных

тита­

соедине­

ний с хорошей пластичностью, зависящей от качества защиты и чувствительности металла к

термическому циклу сварки. щение

металла шва

дородом

в

Заметное

кислородом,

процессе

сварки

насы­

азотом

и

происходит

во­ при

температурах ~350 ос. Это резко снижает пла­ стичность

и

длительную

прочность

сварных

конструкций. Поэтому зона сварки, ограничен­

ная изотермой ~350 ОС, должна быть тщатель­ но защищена от взаимодействия с воздухом, в

среде инертных защитных газов (аргона или гелия)

высокой

чистоты

под

специальными

флюсами, в вакууме. Сварка без защиты воз­

можна при способах сварки давлением, когда благодаря высокой скорости процесса и вытес­ нению

продуктов

окисления

при

давлении

при пластической деформации метастабильной

(3-фазы. а"-фаза представляет собой мартен­ ситную фазу.

Она

пластична, твердость ее

меньше, чем твердость а-фазы. В связи с ма­ лым объемным эффектом мартенситного пре­

вращения а'- и а"-фазы в титане значительно более пластичны и менее хрупки, чем в сталях, что

является благоприятным фактором при

сварке. (О-фаза

метастабильная промежуточ­

-

ная низкотемпературная модификация титана, она наиболее сильно охрупчивает, упрочняет и снижает

распад

пластичность титана.

Эвтектоидный

(3-фазы в титановых сплавах может

приводить

нических

к

столь

свойств

резкому

и

ухудшению

охрупчиванию,

Основной сварки,

исходя

-

свойств,

критерий из

выбора технологии

оптимальных

оптимальный

механических

интервал

ния уровня пластических свойств ОШЗ оказы­ вается наименьшей. Поэтому сварку а- и псев­

нагрева

минимальных погонных энергиях; (а

сварка)

взаимодействия

опасность

металла

в

зоне

сварки с воздухом сводится к минимуму.

скоростей

охлаждения Д(Оохл, в котором степень сниже­

(контактная сварка) или отсутствии высокого (ультразвуковая

их

практическое применение исключается.

до

активного

меха­

что

а-сплавов

целесообразно

проводить

+

при

(3)-спла­

вы со средним количеством (3-фазы характери­ зуются

резким

снижением

пластических

При сварке в сплавах титана происходят

свойств в широком интервале скоростей охла­

сложные фазовые и структурные превращения.

ждения вследствие неблагоприятного сочета­

Чувствительность к сварочному термическому

ния а'-,

циклу выражается: в протекании полиморфно­

го превращения а +-+

и (3-фаз. Вне этого интервала пла­

(0-

стичность увеличивается при малых скоростях

резком росте размеров

в результате уменьшения количества (3-фазы,

зерна (3-фазы и перегреве на стадии нагрева;

при высоких - за счет ее увеличения. Эти спла­

образовании

вы целесообразно сваривать на мягких режи­

старении;

(3;

хрупких

фаз при

неоднородности

охлаждении

свойств

и

сварных

соединений, зависящих от химического и фа­ зового

состава

сплавов.

теплопроводности кости титана

высоких

Вследствие

низкой

и малой объемной теплоем­

время

пребывания

температурах

металла

значительно

при

больше,

чем для стали, что является причиной перегре­

ва, резкого увеличения размера зерен (3-фазы и снижения

(3

пластичности

титана.

условий

сварки

может

сопровождаться возникновением стабильной а­

и метастабильных

Высоколегированные (а высоким

а'-, а"-, а м -,

(0-,

(3-фаз, а

также у-фазы. а'-фаза характеризуется зака-

содержанием

+

(3-фазы

(3)-сплавы с (ВТ 16)

или

сплавы со структурой метастабильной (3-фазы целесообразно чивающих

сваривать на режимах, обеспе­

среднюю

и

высокую

скорости

ох­

лаждения.

Превращение

~ а в зависимости от состава сплава и тем­

пературно-временных

мах с малыми скоростями охлаждения.

11.4.2.

ПОДГОТОВКА ПОД СВАРКУ

Качество сварных соединений во многом определяется технологией

деталей

и

титановых

подготовки кромок

проволок

под

сварку.

Подготовительные операции выбирают в зави­ симости

от

исходного

состояния

заготовки.

СВАРКА ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Плоские листовые заготовки, нарезанные нож­

предварительное

ницами, детали простой формы, изготовленные

ванного

холодной штамповкой

обработкой;

ся под сварку

и т.п., подготавливают­

механической

обработкой

Свариваемые ческим

путем.

В

детали качестве

обработкой

предварительного

газовая

резку

титана

менном

механической

кромок может быть использована

также

сравнению

механи­

со

и

плазменная

про водят сталью

снижении

резка.

на

Газовую

повышенной

скорости

мощности

при

по

одновре­

подогревающего

пламени из-за более интенсивного

выделения

теплоты в зоне реза. Сварные соединения, вы­ полненные

непосредственно

после

сварки, имеют низкую пластичность к

растрескиванию

состояния.

в

условиях

газовой

и склонны

напряженного

Удаление поверхностного слоя по­

сле газовой резки механическим путем на глу­

бину г 1 мм позволяет получить высококачест­ венное сварное соединение.

Принципиально сварке

титановых

разделка

сплавов

кромок

не

при

отличается

от

разделок, при меняемых для сталей. В зависи­ мости от толщины свариваемого металла свар­

ку проводят без разделки, с У-,

U-,

х- и рюм­

кообразными разделками, а также применяют замковые соединения. Сварку деталей из тита­ новых

сплавов

снимут

выполняют

газонасыщенный

после

того,

как

(альфированный)

рыхление

дробе-

или

альфиро­

пескоструйной

травление в растворе, содержащем (в

НNО з ,

%): 40 HF, 40

разрезают

метода разрезки с последующей

слоя

кро­

мок (пятый-шестой классы чистоты).

129

Н 2 NО з ; увеличение оптимального

Н 2 О или

20

времени

и

50 HF

травления

при водит к взрыхлению

50

выше

поверх­

ностных слоев металла, повышенной сорбции ингредиентов

среды и увеличению

порообра­

зования при сварке;

последующую

зачистку

участке шириной

10 ... 15

металлическими

щетками

удаления

тонкого

слоя

кромок

на

мм с каждой стороны или

шаберами

металла,

водородом при травлении (табл.

для

насыщенного

11.19).

~еханическое удаление альфированного слоя (зачистка шабером) непосредственно пе­ ред сваркой обеспечивает лучшие результаты. Перед началом сборочно-сварочных работ не­ обходимо очистить детали от загрязнений ме­ таллической

щеткой

ским растворителем. растворителей

бензин.

можно

и

обезжирить

органиче­

В качестве органических использовать

ацетон

и

Рекомендуется следующая технология

обезжиривания: промывка свариваемых кромок и прилегающих к ним поверхностей на ширину г20 мм (бязью, капроновыми или волосяными щетками) бензином марки

промывка

этиловым

6-70

и последующая

спиртом-ректификатом;

допускается промывка ацетоном.

слой. Такой обработке должны быть подверг­

При сборке конструкций из титана под

нуты детали, изготовленные пластической де­

сварку необходимо соблюдать следующие осо­

формацией (поковки, штамповки и т.д.), а так­

бенности:

же детали, прошедшие термическую обработку

Удаление альфированного слоя с приме­ нением травителей предусматривает:

11.19. Составы

в связи с жидкотекучестью и высоким

коэффициентом

в печах без защитной атмосферы.

расплавленного

поверхностного титана

натяжения

обеспечивать

более

высокое качество сборки;

некоторых растворов для химической обработки

поверхности деталей из титана перед сваркой Продолжи-

Назначение

Состав

раствора

тельность травления

Разрыхление

150 ... 250

углекислого

г2ч

оксидной пленки

натрия

Травление

220 ... 300 мл/л плавиковой кислоты (плотность 1,13 г/см З ), 480 ... 550 мл/л азотной кислоты (плотность 1,4 г/см\ Ts 25 ос

1... 2,0

Осветление

600 ... 750 мл/л азотной кислоты (плотность 1,4 г/см\ 85 ... 100 мл/л плавиковой кислоты (плотность 1,13 г/см З )

5-

'049~

г/л

нитрита

натрия,

500 ... 700

г/л

ч

3... 10 мин

Глава

130

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

исключить правку и подгонку деталей с

использованием

местного

нагрева

газовым

ВТ3-1

и

как в термически упрочнен­

-

в отожженном состоянии.

Опти­

мальные свойства сварных соединений дости­

пламенем; учитывать

трудность

правки

и

подго­

гаются после термической обработки. Для титана и его сплавов, а также свар­

товки деталей в холодном состоянии в связи со

ных соединений применяют в основном сле­

значительной пружинистостью титана; надежно

плавлением

от

защищать

доступа

швы

воздуха

стороны шва при выполнении

сварке

дующие виды термической обработки: отжиг,

обратной

закалку и старение. В конструкциях титановые

при

с

сплавы

прихваток.

В качестве присадочных материалов при сварке

и ВТ22

ном, так

титана

нотянутую

плавлением

проволоку

используют

холод­

И прутки, изготовленные

можно использовать

мической

обработки.

из листового металла. Выбор сварочной прово­

отличие от сплавов

щественно

плуатации

условиями

конструкции.

сварки

Состав

и

экс­

проволоки

состояниях

по­

Упрочнение титановых

сплавов термической обработкой достигается в

локи

определяется

в

сле прокатки, отжига или упрочняющей тер­

на основе железа преиму­

дисперсионным

твердением

и

ста­

рением.

Отжиг заключается в нагреве до опреде­

должен быть близок к составу основного ме­

талла. Сварочную проволоку из титана и его

ленных

сплавов изготовляют диаметром

на воздухе для стабильных сплавов и с печью

0,8 ... 7

мм. Ее

температур,

выдержке

и

охлаждении

для высоколегированных. Режимы отжига при­

подвергают вакуумному отжигу.

При соблюдении рассмотренных требо­ ваний к качеству исходного материала, подго­

ведены

в табл.

указанных

Время

11.20.

температурах

выдержки

зависит

от

при

толщины

товке под сварку, технологии сварки сваривае­

обрабатываемых деталей. Для листов рекомен­

мость

дуют следующую выдержку:

сплавов

следующим

титана

образом.

можно

характеризовать

Высокопластичные

лопрочные титановые сплавы (а.

< 700

ма­ МПа

ОТ4-0, ОТ4-1, АТ2, а также технический титан ВТ1-0, ВТО-1) обладают хорошей свариваемо­ стью

всеми

сварки;

приемлемыми для

прочность

и

титана

пластичность

Толщина

держки, мин

Время

сварных

Свариваемость титановых сплавов сред­

< 750 ... 1000

рошо

свариваются

МПа) различна.

4201 (~-сплав) хо­

различными

методами;

ме­

ханические свойства сварных соединений так­

же близки к механическим свойствам основно­ го металла. Сплавы АТ3, ВТ4, АТ4, СТ5, ВТ20,

ОТ4-2

отличаются

однако

прочность

хорошей и

свариваемостью,

пластичность

соединений снижаются на

5... 1О %

1,6... 2,0

3,1 ... 6,0

6

15

20

25

60

выдержки

при

отжиге

Термически стабильные сплавы

(титан,

20 ... 60 мин.

а- и псевдо а-сплавы) и их сварные соедине­ ния подвергают отжигу первого рода (до тем­ ператур

выше температуры рекристаллизации

сплава) для снятия остаточных сварочных на­ пряжений правки

(500 ... 600

ОС, выдержка

тонкостенных

0,5 ... 1

конструкций,

ч) и

которые

для этой цели выдерживают в жестких приспо­

соблениях при

единении

ос в течение

600 ... 650

Отжиг (а

сварных

по сравне­

неполном

(отпуске)

сти основного металла.

ней прочности (а.

:'>1,5

Время вы-

видами

соединений близка к прочности и пластично­

Сплавы ОТ4, ВТ5, ВТ5-1,

....

листа, мм

+

0,5 ... 1 ч.

~)-сплавов и их сварных со­

сочетает

основанного

элементы

на

отжига

первого

нию с прочностью И пластичностью основного

рода,

рекристаллизационных

металла. Сплав ВТ6С обладает удовлетвори­

процессах, и отжига второго рода, базирующе­

тельной свариваемостью при сварке плавлени­

гося на фазовой перекристаллизации. Для этих

ем

сплавов кроме простого применяют рекристал­

и

контактной

сварного

сварке.

соединения,

плавлением, ~90

%

Предел

прочности

выполненного

сваркой

предела прочности основ­

лизационный отжиг. Он заключается: в нагреве сплава

при

сравнительно

высоких

температу­

рах, достаточных для прохождения рекристал­

ного металла.

Большинство высокопрочных сплавов ха­ рактеризуются

удовлетворительной

сваривае­

лизационных

ператур,

процессов,

охлаждении

обеспечивающих

высокую

до

тем­

стабиль­

мостью. Сплавы ВТI6, ВТ23, ВТ15, ТС6 пред­

ность ~-фазы (ниже температуры рекристалли­

назначены

зации),

для

упрочненном

применения

состоянии,

в

сплавы

термически

ВТ6,

ВТI4,

и

выдержке при этой температуре с

последующим охлаждением на воздухе.

СВАРКА ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

11.20.

131

Температуры полиморфного превращения, рекристаллизации, отжига и снятия

остаточных сварочных напряжений (полного отжига) промышленных титановых сплавов Температура, ос

Марка сплавов

рекристаллизации

полиморфного превращения

Начало

Конец

снятия остаточных напряжений

отжига

в сварных конструкциях

листов

(неполный отжиг)

BТl-OO

885 ...890

580

670

BTI-O

885 ...900

600

700

ВТ5

930...980

750

850

-

ВТ5-1

950...990

950

700... 750

ОТ4-0

860...930

800

590...610

480...520

ОТ4-1

910...950

720

840

640...660

520... 560

ОТ4

920...960

760

860

660... 680

545 ... 595

ВТ4

960... 1000

780

900

690...710

550...650

930

710... 730

990... 1050

800 950

700...800

445 .. .485

520... 540

550...600 680

ОТ4-2

600...650

ВТ20 АТ2

870...910

АТ3

990... 1000

АТ4

950... 1020

850...870

ТС5

970... 1020

760... 780

600...650

430... 560

800...850

545...585

600...650

ВТ6С ВТ6

950...990

550...600 850

950

750...800

900

930

740... 760

820

840

730... 770

800

825

740... 760

500

770

980... 1010 550...650

BТl4

920...960

BТl6

520...650

840...880 ВТ22 BТl5

750...800

ТС6

770...810

ВТ23

880...930

790... 810

550...650

-

740... 760

При упрочняющей термической обработ­

ке (а

+ Р)-сплавов и метастабильных Р-спла­

сварка

-

местный отжиг; закалка

-

сварка

-

старение.

вов перед сваркой их основной металл подвер­

Для титана и его сплавов при меняют сле­

-

дующие способы сварки: дуговую в инертных

гают

закалке

или

отжигу,

а

после

сварки

закалке и старению. При расположении щвов в месте

анты

утолщения

возможны

следующие

последовательности операций

термической обработки: закалка

5*

-

вари­

сварки и

старение

-

газах,

электрон но-лучевую,

матическую

под

флюсом,

плазменную,

авто­

электрощлаковую,

высокочастотную, контактную, диффузионную, холодную, взрывом, прокаткой биметаллов.

Глава

132

11.4.3. ДУГОВАЯ в

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

промышленности

применяют

в связи с высокой химической активно­

автома­

тическую, механизированную и ручную сварку неплавяшимся

электродом,

непрерывно

горя­

щей и импульсной дугой и автоматическую и механизированную

сварку

плавящимся

элек­

тродом. Для сварки титана могут быть исполь­ зованы стандартное сварочное оборудование, снабженное для защиты

дополнительными зоны

устройствами

стью

трудностью

повышенных

температурах

и

при его сварке плавлением

являет­

ры не только сварочной ванны и корня шва, но и остывающих

участков

сварного

соединения,

нагретых до ~350 ОС, Т.е. до тех температур, при которых

начинается

заметное взаимодей­

ствие титана с газами атмосферы. В зависимости от конфигурации и разме­ ров

Из дуговых способов сварки титана са­

при

ся обеспечение надежной защиты от атмосфе­

сварки, а также специализи­

рованные сварочные горелки и установки.

титана

особенно в расплавленном состоянии основной

свариваемых

узлов

применяют

защиты зоны сварки инертным

три

типа

газом: общую

мым распространенным является сварка непла­

защиту узла в камере с контролируемой атмо­

вящимся вольфрамовым электродом в инерт­

сферой; защиту только сварного соединения с

ных газах. Этот способ наиболее универсален,

использованием

так

защиту

как

позволяет

осуществлять

сварку

в

раз­

зоны

местных

сварки,

камер;

струйную

осуществляемую

непре­

личных пространственных положениях, в стес­

рывным обдувом сварочной ванны и остываю­

ненных условиях, а также быстро переналажи­

щих участков

вать оборудование при изменении типа соеди­

с удлиненной насадкой (рис. Камеры

нения и толщины свариваемого металла.

Качество сварных соединений определя­ ется

главным

образом

надежностью

защиты

зоны сварки и чистотой инертного газа. ДЛя защиты зоны дуги и расплавленной ванны не­

обходимо использовать аргон высшего сорта (табл.

11.21).

ДЛя защиты остывающей части

шва и обратной стороны шва неответственных изделий

допускается

использование

аргона

второго сорта. Гелий и его смеси с аргоном

целесообразно применять при дуговой сварке плавящимся

(8 ... 10 для

электродом

больших

толщин

мм). При сварке в гелии необходимый

защиты

сварочной

ванны

расход

соединения

сопла

11.2 - 11.5).

контролируемой

атмосферой

обеспечивают наиболее надежную и стабиль­ ную

защиту

не только зоны

сварки,

остываю­

щих участков шва и ЗТВ, но и обратной сторо­ ны

(корня)

камер

шва.

Поэтому

особенно

производстве

применение таких

целесообразно

в том случае,

в

серийном

когда конструкция

имеет сложную конфигурацию, а швы распола­ гаются в труднодоступных местах.

Сварку в камерах выполняют вручную и в автоматическом режиме. При этом сварщик может находиться как вне камеры, так и в ней в

специальном скафандре.

В последнем случае

так называемые обитаемые камеры снабжаются

в

сложными системами жизнеобеспечения свар­

2 - 3 раза больше, напряжение на дуге в 1,4 1,0 раза выше, а ширина зоны расплавления в 1,4 больше, чем при сварке в аргоне.

и подачи деталей, аппаратурой для регенера­

11.21.

газа

с

перемещением

ции инертного газа и анализа его состава.

Химический состав инертных газов Объемная доля примесей,

Основной Газ

щика, шлюзами для входа и выхода операторов

%,

не более

Содержание

продукт,

об.%,

влаги, Г/М),

02

N2

Н2

С0 2

СН 4

99,98

0,003

0,01

-

-

-

-

-

0,007

не менее

не более

Аргон:

-

первого сорта

0,03

-

высшего сорта

99,992

0,0007

0,006

-

-

высокой чистоты

99,997

0,0002

0,002

0,0002

0,00005

0,0001

0,002

99,99

0,002

0,004

0,0025

0,001

0,003

0,015

Гелий очищенный

марки Б

СВАРКА ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

133

б) Рис.

11.2.

Схемы горелок для ручиой (а) и мехаиизироваииой

'"

~

~

:1 v

'...." '

~8

-

~

I

(6)

сварки

(/

i

i ~

~

JI

~20

L

I

с\:)

<о

а)

Рис.

11.3.

Продольиый разрез защити ой приставки колпака (а) и простейшая схема защиты обратной стороны шва при ручной аргонодуговой сварке

I -

4-

сопло горелки;

2-

присадочная проволока;

3-

(6):

изделие;

приспособление для зашиты обратной стороны соединения

I

~t

J Рис.

11.4. Схема

горелки для автоматической сварки листов титаиа плавящимся электродом:

I -

4-

смотровое устройство;

2-

корпус горелки;

3-

секционное защитное приспособление гусеничного типа;

мундштук;

5-

распределитель газа

Глава

134

11.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

содержания в аргоне высшего сорта обеспечи­ ваются необходимые пластичность, и

коррозионная

стойкость

прочность

металла

сварных

соединений. Местные защитные камеры используют с вакуумированием

и без предварительного

ва­

куумирования.

В последнем случае для вытес­

нения

и высококачественной

воздуха

защиты

необходима продувка камеры пяти-десятикрат­ ным объемом Рис.

11.5.

Схема процесса импульсно-дуговой

сварки титана плавящимся электродом

1- электрод; 2 -

3-

5-

4-

активного

свариваемое изделие;

охлаждаемые

дающие

подача защитного газа

нагретой Камеру с размещенными в ней изделия­

ми, подлежащими сварке, вакуумируют (раз­

режение < 133 . 10-3 Па), инертным

газом.

а затем

Давление

аргона

заполняют в

газа. Улучшение

ус­

нагретого до темпера­

поглощения

газов,

достигается

мер, обеспечивающих

интенсив­

ный теплоотвод из зоны сварки (медные водо­

источник питания;

генератор импульсов;

тур

применением

в ииертных газах:

инертного

ловий защиты металла,

камере

подкладки

ванны)

и

и

накладки,

предупреждающих

поверхности

с воздухом:

накладки, покрытия и т.Д. (рис.

охлаж­

контакт

подкладки,

11.6).

Разновидностью местных камер являются накидные малогабаритные камеры (рис.

11.7).

Они предназначены для автоматической сварки

что

неповоротных стыков трубчатых конструкций

значительно сокращает его расход. При нали­

и обеспечивают стабильное качество сварных

чии

соединений.

может быть нормальным примесей

и пониженным,

в атмосфере камеры не выще их

f

а)

Рис.

11.6.

о)

Схемы защиты лицевой и обрати ой сторон соединеиия при механизированной аргоиодуговой сварке титана и его сплавов; соедииеиия:

а

в

-

-

(>3 мм); 6 - стыковое листов малой толщины (до 3 мм); I - канал для аргона, сообщающийся с канавкой в подкладке; листы титана; 3 - защитная приставка; 4 - сопло сварочной горелки; 5 - прижимы приспособлений; 6 - приспособления

стыковое листов большой толщины

тавровое; г

2-

-

нахлесточное; д

свариваемые

-

угловое;

СВАРКА ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

135

а)

8S1БаШfУ+

7

8

В3EfJI

ВозiJух

Вооа

Вооа

Вооа

Ф+- ~

ф:!-о ~ --~

,~

13

14

11)

Рнс.

11.7. Конструктивиые

схемы зашиты при аргоиодуговой сварке труб из титаиа и других активиых

а

-

зашита наружной стороны стыка; б в

2-

-

-

металлов:

зашита обратной стороны шва при сварке стыков;

дополнительные способы улучшения зашиты;

горелка с уширенным ламинарным потоком;

3-

1-

газозашитная приставка;

горелка с дополнитеЛhНЫМ поддувом;

4 - дополнитеЛhная микрокамера; 5 - эластичная камера; 6 - боковой поддув; 9 - соответственно жесткие. мягкие и полужесткие устройства; 10 - зашитные карманы; 11 - специальные покрытия; 12 - ограждения палаточного типа; 13 - охлаждение кольцевыми накладками; 14 - охлаждение проточной водой или распылением с внутренней стороны шва

7,8

и

Наибольшее сварка

распространение

неплавящимся

электродом

на

получила воздухе,

хотя надежно защитить зону сварки инертным

Аргонодуговую рящей

дугой

сварку

проводят

на

непрерывно постоянном

го­ токе

прямой полярности от стандартных источников

газом в этом случае достаточно сложно. Для

питания.

этого разработаны

сварку выполняют за один проход, при боль­

специальные горелки, на­

садки, подкладки и другие приспособления.

При толщине металла до

3 .. .4

шей толщине требуется многопроходная

мм

свар-

Глава

136 ка (табл.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

11.

Увеличение глубины

11.22 - 11.29).

нию С аргонодуговой сваркой без флюса, су­

сварки

зить 3ТВ, уменьшить пористость швов и улуч­

достигается сваркой проникающей (заглублен­

шить условия защиты металла от взаимодейст­

проплавления

и

производительности

ной) дугой при ее принудительном погружении

вия с воздухом. Используются флюсы систем

ниже поверхности свариваемых кромок. Таким

АНТ, фтористые соединения щелочных и ще­

способом можно сваривать металл толщиной

лочно-земельных

до

этиловым спиртом до получения жидкой пасты

1О

мм без разделки кромок и присадочного

Флюс

разводят

металла. Применение фтористых флюсов при

(30

аргонодуговой сварке титановых сплавов

на кромки свариваемых деталей. Сварку про­

зволяет снизить

погонную энергию по сравне-

11.22. Ь,мм

2...3 10... 14 о бо з н а ч е н и я -

10... 15

1,5...2,0

11 ... 15

2,0...2,5 2,0... 3,0

: dпр - диаметр сварочной проволоки; Ид

-

напряжение на дуге;

Ориентировочные режимы автоматической сварки

Число

Ь, мм

1,2... 1,5

10... ]4

сварочный ток.

11.23.

lев , А

прохо-

dпр , мм

Ид, В

40...60 70...90 120... 130 130... 140 140... 160 160...200

2

толшина металла; lеВ

г спирта), которую наносят

водят после улетучивания спирта.

lев , А

1

у с л о в н ы е

-

]00

Ориентировочные режимы ручной сварки

Число проходов

1 2 3 4 5 10 Ь

по­

г флюса и

металлов.

Ид, В

dпр ,

Уев, м/ч

мм

дов

.

Расход газа

Q, л/мин

Vпод , м/ч

для зашиты в горелку

в насадку

обратной стороны шва

-

-

1 2

1

3 5 6

8

2... 3 1 2... 3 1 2...3

60...80 120... 160 200...240 ]80...2]0 200...240 ]80...210

10... 12 9... ] ] ]3 ... ]5 10... ]2

220...250 190...240 240...290

11 ... 13 10... 12 11 ... 13

8... ]0

25 ... 30 20...25 15...20 10... ]3 ]3... 15

5... 7 8... 10 12... 15

-

2,5

60...80 -

10... ]5

2,5 2,5 .

50... 100

14... 18

1...2 3.. .4 4... 5 4...6

14... 16 16...20

120... ]80 -

6... 10

5...8 10... ]3

5...8 15 ... 18

Vпод - скорость подачи сварочной проволоки. Примечаиие. При сварке листов большей толшины следует увеличить число проходов.

11.24.

Ориентировочные режимы автоматической сварки сквозным проплавлением

Ь,мм

lев , А

Иев , В

5 6 7 8 12

340 300 330 390 405

30,0 16,0 15,6 15,0 9,0

СВАРКА ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

11.25. Ориентировочные

режимы автоматической сваркн погруженной дугой

Ь,мм

lCB' А

Ид, В

У св , м/ч

4

210...250

12... ]4

]5...20

7

320... 350

8... ]0

340... 380

13... ]5

450... 500

23 ...24

800...850

Ширина зазора

Число проходов

в стыке, мм

0...0,3

]2... 14

11.26. Ориентнровочные

137

1...2

0...0,5

13 ... 15

]0... ]2 7...8

0...0,7

15... 16

13 ... 15

0... 1,0

1...3

режимы автоматической сварки неплавящимся электродом

импульсиой дугой в среде аргона стыковых соединений без разделки кромок Ь,мм

Способ сварки

Односторонняя

'н'С

't'п, С

]0... ]5

30... 50

8...9

0,15 ...0,20

0,]5 ...0,20

],0

]0...25

70... ]30

6... 10

0,12 ...0,20

0,10...0,20

10... 12

0,15 ...0,20

0,15 ...0,20

0,12 ...0,22

0,10...0,12

0,16...0,38 0,]6

0,10...0,14

1,5

]0... 15

1,5

12...24

2,0 3,0

Погруженной

2,0

дугой

2,5 у с л о в н ы е

Ид, В

0,5

2,0 Двусторонняя

lCB' А

VeB' м/ч

90... 120 160...200 85... 135 130... 175

24

250 300

-

6...8 ]0

0,15

-

: 'н

-

5

0,17

320

о б о з н а ч е н и я

0,]2

продолжительность импульса сварочного тока; 'п

-

продолжи­

тельность паузы.

11.27. Ь, мм

lCB' А

Режимы плазменной сварки титана

Ид, В

Уев, м/ч

Расход газа

Qr,

л/мин

плазмообразующего

защитного

на поддув

2

]20... 140

22 ...23

30.. .40

2...2,2

1,5 ...2,0

3,5...4,0

6

245

23

5,7

9,4

-

10

380

28

14 ]5

3,4

]0,5

42

12... 15

450

28 .. .30

10... 16

6... 10

6... 12

-

11.28. Ориентировочные

режимы сварки титана плавящимся электродом в инертных газах

Ь, мм

dэ ·, мм

Вылет

I cB ,

А

Ид, в

Уев, м/ч

электродной

Qr' л/мин

проволоки, мм

3...8

1,6

350.. .450

28... 36/22...28

25 ...40

20... 25

30...40/20... 30

10... 12 ]5

1,6...2

440...520

38...40/30...34

20...35

20...28

70...90/35 ...45

3

600...650

42...48/30... 32

25 ...30

25 ...30

70... 100/35... 50

16...36

5

780... 1200

46... 52/34...38

]5 ...25

40...55

100... 120/50...60

. dэ -

диаметр электрода.

Примечание. В числителе приведены режимы сварки в гелии; в знаменателе

-

то же, в аргоне.

11.

Глава

138 11.29.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Режимы мехаиизироваиной импульсно-дуговой сварки титановых сплавов

плавящимся электродом диаметром Тип таврового соединения

С разделкой

Катет

Ь,мм

Iс8 , А

Ид, В

У ев , м/ч

Область применения

60 ... 70

27... 32

34...40

В конструкциях с полным про-

90... 100

30...32

20... 30

шва, мм

4...9

кромок

= 40.. .45 А, Qr = 15... 18 л/мин)

1,2 мм (Iд

варом корня шва

4...7

10... 16 18...46

Без разделки

В

3.. .4

3

конструкциях

с

неполным

про варом корня шва, работаю-

кромок

4... 8

60... 80

5...6

27 ...32

30... 35

щих

на

статическую

нагрузку

при растяжении и на вибраци-

9... 10

6... 7

онную при изгибе

мм)

сварке по сравнению с аргонодуговой являются

целесообразно при менять импульсную сварку

более жесткие требования к качеству сборки в

без присадочной проволоки. Разработана плаз­

связи с характерным

менная сварка листов титана малой

лением.

Для

0,5

тонколистового

мм) и

средней

металла

(0,5 ... 12,5

($2,5

(0,025 ...

мм) толщин

и

Процесс

Благодаря

ной

защита

мм). По сравнению

с аргонодуговой

этому

зоны

сварки

проплав­

тонколистового

талла лучше осуществлять

многослойная сварка плоских листов (толщи­

> 12

грибообразным

сварки

внутри

обеспечивается при

малом

ме­

микрокамер.

надежная

расходе

инерт­

сваркой неплавящимся электродом плазменная

ного газа. При высоком качестве основного и

характеризуется

присадочного

тельностью, ция на

более

высокой

меньшим короблением

1/2 ... 1/3

производи­

вий

(деформа­

при плазменной

свойствам,

полученным

сварке близки

при

соблюдении режимах

усло­ сварки

ства сварных соединений титана и его сплавов

к

близки

аргонодуговой

(табл.

сварке. Основной трудностью при плазменной

11.30.

материалов,

и оптимальных

вольфрамовым электродом механические свой­

меньше). Механические свой­

ства титана

защиты

к

свойствам

основного

металла

11.30).

Механические свойства сварных соединеиий из титановых сплавов

толщиной

2...3

мм, выполнениых иеплавящимся электродом без присадки

KCU,

кДж/м J

Марка сплава

а., МПа

а, о

0,%

BТl-O

460 411,6

-

27 33

2165 2195

АТ2

647,5 696,5

120 100

П

16,5

1205 1087

ОТ4

824 804

72 58

14,4 14,3

803 490

АТ3

699,5 664,1

100 86

lQ 16

1323 1274

АТ6

989 1087

-

12,5 8,7

372,4 372,4

ВТ5-1

824 820

44 50

10,5 12,5

392 597,8

ТС5

1012 989,8

-

12,0 12,5

597 627,2

Примечаиие. В числителе - свойства сплавов, в знаменателе

-

свойства металла шва.

СВАРКА ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Сварку плавящимся электродом в инерт­ ных

газах

применяют

для

стыковых,

11.31.

139

Технологические параметры

автоматической сварки под флюсом

тавровых

и нахлесточных соединений из металла толщи­

ной

>4

мм в нижнем положении. Сварку следу­

жимах, гарантирующих струйный перенос ме­

талла. При сварке в аргоне меньше разбрызги­ ванние металла, больше глубина проплавления, меньше ширина шва и площадь проплавления,

чем при сварке в гелии. Однако форма зоны проплавления при свалке в гелии более благо­ приятна, чем в аргоне. Лучшее формирование

шва и стабильность процесса достигаются при использовании смеси из

Не и

80 %

20 %

Аг.

[св тах, А

j, А/мм'

2,5

б20

3,0

б50

d),

ет про водить при обратной полярности на ре­

ММ

К напл , г/(А·ч)

h пр , мм

12б,5

lб,ОО

11,3

92,0

15,50

11,0

4,0

850

б7,7

14,50

12,0

5,0

950

48,4

14,00

11,0

у с л о в н ы е

о б о з н а ч е н и я

ность сварочного тока; К напл -

:j -

плот­

коэффициент на­

плавки; h пр - глубина проплавления.

При механизированной сварке применяют про­ волоку диаметром до

2

мм. В процесс е автома­

конструкция

наконечника

должна

тизированной сварки стыковых и угловых со­

обеспечить стабильность токопровода на не­

единений

значительном вылете;

используют

проволоку

диаметром

мм. Способы защиты, материалы, прибо­

из-за сравнительно высокой жестко­

ры, сварочная оснастка в основном те же, что и

сти титановой проволоки необходим неболь­

при сварке вольфрамовым электродом.

шой изгиб направляющей трубки держателя;

2... 5

исходя

11.4.4.

Основным преимуществом сварки титана под флюсом является высокая производитель­ ность процесса. Этим способом можно выпол­ нять

стыковые,

угловые

и

из

высокого

коэффициента

трения титана целесообразно примеиять более

СВАРКА под ФЛЮСОМ

нахлесточные

мощные подающие механизмы. для механизи­ рованной сварки титана используют полуавтома­

ты толкающего (А-732) и тянущего (ПШЛ-1 О) типов.

швы

Автоматическая

и

механизированная

при толщине металла ~3 мм. Защиту обратной

сварка под флюсом позволяют получать высо­

стороны

кие свойства сварных соединений

шва

осуществляют

применением

ос­

тающейся Флюсомедной подкладки или флю­ совой

подушки.

Сварку

использованием

можно

проводить

стандартной

с

сварочной

аппаратуры; ток постоянный обратной поляр­ ности.

Применяют

АНТ-l;

АНТ-3,

бескислородные

АНТ-5,

CaF 2 - BCI 2 - NaF.

АНТ-7

флюсы системы

Флюс перед употреблением

необходимо высушить при

ос. Со­

200 ... 300

шва (табл.

11.32).

и

металла

Автоматическую сварку под

флюсом осуществляют сварочной проволокой диаметром

2,5; 3,0; 4,0

проволок

большего

вследствие

их

и

мм. Применение

5

диаметра

повышенной

затруднено

жесткости.

Для

сварки технического титана ВТ1-00 и ВТ1-0 и

низколегированных

ОТ4-1, ВТ5, ВТ5-1,

сплавов

4200

ОТ4,

ОТ4-0,

используют свароч­

держание влаги во флюсе не должно превы­

ную проволоку марок ВТ1-00 и ВТ1-00св. Для

шать

сварки средне- и

Высота слоя флюса должна быть

0,05 %.

не меньше вылета электрода. Вылет электрод­ ной

проволоки

более

ют проволоки марок СПЛ2, ВТ20св и др. Спла­

инертных

вы типа ПТ-3В, ПТ-7М рекомендуется свари­

газах, во избежание перегрева проволоки, за­

вать проволокой СП-2В. Использование этих

строго,

чем

при

следует дуговой

ограничивать

высоколегированных сплавов

(например, ВТБС, ВТI4, ВТ20 и др.) применя­

сварке

в

ухудшения

проволок при автоматической сварке под флю­

стабильности процесса. Режимы сварки пр иве­

сом обеспечивает получение сварных соедине­

дены в табл.

ний с оптимальным сочетанием прочностных и

грязнения

металла

11.31.

шва

газами

и

Для автоматической сварки

титана больших толщин

(> 15

мм) рекоменду­

пластических характеристик и с надежной ра­

ются сварка на более высоких плотностях тока

ботоспособностью в

и двухдуговая

плуатации.

сварка.

В связи с особыми физико-химическими свойствами титановой электродной к

полуавтоматам

для

сварки

ляют следующие требования:

проволоки

титана

предъяв­

сложных условиях экс­

Удовлетворительное формирование вы­ пуклости сварного шва

при

сварке обеспечивается при

автоматической

соблюдении сле­

дующих требований, предъявляемых к флюсу:

11.

Глава

140

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Механические свойства металла шва, выполненного автоматической сваркой

11.32.

под флюсом АНТ-7 (сплав ОТ4) Ь, мм

crO.2>

cr B ,

МПа

МПа

8,%

W,%

а н ,Джlсм 2

6

804/727

870/813

17,5/15,9

37,5/34,1

102/67

10

790/712

851/793

15,3/14,6

33,4/31,6

91/59

Примечаиие. В числителе приведены данные дЛЯ ОМ, в знаменателе для металла шва.

химический

и

гранулометрический

составы

тым электродом [плотность тока 2,0 ... 2,5

флюсов должны соответствовать техническим

13 ... 17 В; толщина электродов (поковка, прокат) 9 ... ' 8 мм; глубина шлаковой ванны 20 ... 30 мм; зазор между кромками 24 ... 28 мм], электродными проволоками (диамет­ ром 3... 5 мм) и плавящимся мундштуком. Ис­

требованиям, оговоренным техническими ус­ ловиями

на

их

изготовление; содержание пы­

левидной фракции во флюсе не должно пре­ вышать

Сформировать

15 %.

2

AlMM ;

напряжение

металл шва под

флюсом сер. АНТ можно в относительно узком

пользуют

диапазоне оптимальных режимов сварки. При

головки А-977, А-1494, устройство А-I022 и

автоматической

сварке под флюсом на повы­

др.) и стандартную аппаратуру, переоборудо­

А) получение швов с

ванную применительно к сварке титана. Рас­

шенных токах

(>600 ... 700

специализированную

(сварочные

удовлетворительным качеством формирования

плавленные основной и присадочный металлы

поверхности

защищают тугоплавкими фторидными флюса­

затрудненительно.

Поэтому

для

соединения металла средних и больших тол­

ми типов АНТ-2, АНТ-4, АНТ-6 и дополни­

ЩИН целесообразно при менять двустороннюю

тельно аргоном высшего сорта. Сварку про во­

сварку.

дят переменным током с минимальной погон­

При

следует сварке

невозможности

отдать в

ее

предпочтение

разделку

кромок

на

выполнения

многослойной

ной

малых

электрошлаковый процесс и необходимое про­

токах.

энергией,

Сварку продольных швов на металле неболь­

плавление

шой толщины

источники

(3 ... 6

мм), а также многослой­

обеспечивающей

свариваемых типов

устойчивый

кромок.

Используют

ТПК-I000-3,

ТПК-3000-I,

ные швы на металле средней толщины реко­

ТПК-3000-3 с жесткой вольт-амперной харак­

мендуется выполнять на малых токах под флю­

теристикой. Ориентировочные режимы сварки

сом АНТ -1. Для сварки кольцевых швов малой

приведены в табл.

толщины

швов

на

титане

средней

и

толщины

всех

применяется

11.33

Механические

однопроходных

и

11.34.

свойства сварных

соеди­

нений близки к свойствам основного металла.

флюс

АНТ-3. Флюсы АНТ-5 и АНТ-7 предназначены

Недостаток сварки

для соединения металла больших толщин при

стой макро- и микроструктуры, понижающей

сварке на токах

>700

пластические

А.

Электрошлаковой сваркой (ЭШС) ти­

получение крупнозерни­

-

свойства.

Улучшают

тана соединяют заготовки (поковки) и детали

гия

толщиной

ются от сварки технического титана.

>40

11.33.

мм. Сварку проводят пластинча-

сварки сплавов

Ь, мм

и,В

50

26 ...28

900... 1200

80

28 ...30

1500... 1900

100

30...32

2000...2600

150

32...34

2600...3000

ванны ЗО ..

принципиально не отлича­

Режимы эше титановыми проволочными электродами диаметром

Примечаиие. Сухой вылет электрода

.40 мм,

[,

50

свойства

термической обработкой. Техника и техноло­

А

n э , ШТ.

5

мм

QAr, л/мин 40

I

50 55

2

мм, зазор между кромками за

60

... З2

мм, глубина шлаковой

расстояние от крайних электродов до боковой поверхности свариваемых кромок

10... 1 мм.

СВАРКА ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

11.34.

141

Ориентировочные режимы эшс титановым плавящимся мундштуком

Ь ОМ ' мм

иеВ • В

Ь ш • мм

19

15

100

n э , ШТ.

V з • м/ч

Уев, м/ч

leB. А

1

120

1,2

2510

85

1,4

2980

160

1,6

4760

105

1,5

5430

110

2

200

20

220

16

250

21

300 350

3

22

400

у с л о в н ы е

130 120

18 о бо з н а ч е н и я

: Ьш

35 40

7590

1,7

145

4

25

6210

1,6

150

Qлг. л/мин

45

9260

50

10970

55

- зазор между кромками; n з - число электродов; V з - скорость

подачи электродов.

эше проволочными электродами прово­

эше

дят одной или двумя электродными проволо­

тродом

ками (см. рис.

всего

а). Этим способом можно

11.8,

сваривать металл толщиной использовании

электрода

30... 11 О

мм при

5

диаметром

мм.

пластинчатым

большего одной,

реже

подключенными

(см. рис.

11.8,

электродом

сечения)

выполняют

несколькими

к

одному

(элек­ чаще

пластинами

источнику

питания

в), и используют при сварке ме­

Применение электродной проволоки большего

талла толщиной до

диаметра, чем при сварке сталей аналогичных

шва может достигать

толщин,

ное электросопротивление титана обусловли­

вызвано

прежде

всего

повышенной

электропроводимостью бескислородных гало­

вает

генидных флюсов и, как следствие, понижен­

токоподвода на установке А-550 при выполне­

ным

нии эше этим способом.

напряжением

сварки,

а

также

высоким

применение

скользящего

Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) ти­

удельным электросопротивлением титана, пре­

с

тана обеспечивает наилучшие условия защиты

(рис.

ловой энергии позволяет вести сварку на высо­

б) применяют для выполнения прямо- и

ких скоростях при малой энергоемкости про­

пятствующим

применению

режимов

сварки

большими плотностями тока в электродах. эше

11.8,

обязательное

350 мм. При этом высота 600 мм. Высокое удель­

плавящимся

криволинейных

швов

на

мундщтуком металле

металла от газов. Высокая концентрация теп­

большой

цесса и получать сварные соединения титана с

толщины. Как и в случае сварки титана прово­

малой шириной шва и 3ТВ. Металл шва имеет

лочным электродом, диаметры волок

и

толщины

сварочных

плавящихся

про­

мундштуков

должны быть больше, чем для сварки стали.

мелкозернистую условием

структуру.

получения

Необходимым

высококачественных

сварных соединений является точная сборка под сварку. Режимы эле титана зависят от типа используемой электронной пушки, техно­ логической оснастки, толщины металла, кон­

фигурации и размеров изделия. Рекомендуемые режимы эле стыковых

соединений из сплавов ВТ20, ВТ22. ВТ23 тол­ щиной

8... 15

мм

остающейся а}

о)

8)

= 30

подкладке:

и

У ев =

м/ч.

25 ... 35

в

нижнем

массивной

положении

на

технологической

кВ; /ев

= 11 О ... 180

мкА,

Дуговую сварку в вакууме можно при­ Рнс.

11.8. Схемы

менять для сварки титана толщиной

эше проволочными

электродами (а), плавящнмся муидштуком н пластинчатым электродом

(6)

(6)

проволоками диаметром плавящимся

электродом

1,5 ... 5,0

2... 60

мм

мм. Сварку

про водят на

постоян-

11.

Глава

142

ном токе обратной ванными

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

полярности

сварочными

специализиро­

головками

в

вакуумных

камерах. Основным преимуществом дуговой ности

сварки

сварных

полученными

является

основным

металлом.

нительной

очисткой

по

же

причине

прочности

буется благодаря плотному контакту и сжатию

сварки

Это объясняется

и

с

свариваемых

с

сварки и стыковой сопротивлением необходи­

допол­

при сварке и уменьшени­

ем в нем газов и неметаллических

при расплавлении

чечной сварки защита инертным газом не тре­

пластич­

сравнению

методами

включений

металла в вакууме. По этой

несколько

воживание ацетоном и протирка. В случае то­

вакуум но­

повышение

соединений

другими

промывка в воде ~5 мин, обезжиривание, обез­

уменьшены

пределы

и текучести металла шва. Пример­

ный режим сварки титана толщиной

50 мм с V -образной разделкой электродом диаметром 3 мм при поперечных колебаниях: сварочный ток 380 .. .400 А; напряжение дуги 29 ... 30 В; скорость сварки 15 м/ч; число проходов 6; ва­ куум при сварке < 133 . 10'3 Па. Сварка в вакууме полым неплавящимся электродом (полым катодом) отличается высо­

ма

деталей.

дополнительная

сорта.

Благодаря

сопротивлению титана

и

малой сварка

тельно облегчается

трехфазного чувствителен

к

силе

водность

можность

ведения

процесса

элс.

Воз­

в глубоком

теплопроводности последнего

значи­

может выполняться

на

или

постоянного

на

электродах

и

их

гео­

титановых

сплавов

облегчает

воз­

можность многоэлектродной сварки. Парамет­

ры режима сварки чистого титана близки параметрам

режимов,

розионно-стойких

и

первого

электрическому

метрическим параметрам. Низкая электропро­

режимы

плазменной

аргоном

переменного

занимает

между

шовной

тока. Титан по сравнению со сталями менее

энергии и по проплавляю­

положение

и

для

различных машинах средней мощности одно- и

кой концентрацией

промежуточное

защита

высокому

контактная

щей

способности

Однако

используемых

сталей.

контактной

для

к

кор­

Ориентировочные

сварки

приведены

в

таБЛ.II.35-11.37.

ва­

Диффузионная сварка титана. Титан и

кууме (133 . \ 0'3 ... 10·5 Па) позволяет получать

его сплавы диффузионной сваркой соединяют­

высококачественную

ся достаточно легко. Температуру сварки вы­

защиту сварочной

и сваривать титан, цирконий,

ванны

ниобий, тантал,

молибден и их сплавы.

Контактная чение

сварка обеспечивает

высококачественных

ний титановых нологии.

сварных

соедине­

сплавов при соблюдении

Рекомендуемая

полу­ тех­

подготовка сваривае­

мых участков: удаление загрязнений ацетоном,

протирка

ветошью,

(состава типа

30 %

11.35. Толщина листов, мм

0,8 + 0,8

бирают в диапазоне

800 ... 900

ОС, Т.е. в области

температуры рекристаллизации, и

обработка НNО з ,

втравителе

3 % HF, 67 %

Н 2 О),

щую

(0,7 ... 0,8)Тпл .

текучести

титана

составляю­

Учитывая низкий предел

и

значительное влияние

него температуры, давление сжатия

ют в пределах

0,98 ... 9,8

МПа. В зависимости

от температуры и давления сжатия время свар­

ки

составляет

от

нескольких

секунд

до

не­

скольких десятков минут.

Ориентировочные режимы контактной точечной сварки титана

Радиус сферы электродов, мм

(±IO%)

50

1,0 + 1,0

Сварочный ток, кА

Время сварки, с

(±IO%)

Сила на

Диаметр ядра

Максимальная

электродах, кН

точки, мм

прочность, кН

5,0...6,0

0,15

2...2,5

4... 5

6

6,0 ...7,0

0,20

2,5 ...3

5...6

7

6,5 ... 7,5

0,22

3... 3,5

5,5 ...6,5

9

8,0...8,5

0,24

4... 5

6,5 ... 7,0

1\

9,5 ... 10,0

0,28

5...6

7,0 ... 8,0

15

11,0... 12,0

0,35

6...7

8,0 ... 9,0

16,5

75 1,2 + 1,2 1,5 + 1,5 100 2,0 + 2,0 2,5 + 2,5

на

принима­

150

СВАРКА ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

11.36. Ориентировочные Толщина листов, мм

режимы контактной шовной сварки титана Длительность, с

Радиус

Ширина

сферы

плоских

Сварочный

роликов,

роликов,

ток, кА

мм

мм

0,8 + 0,8

сварочного импульса

60

143

Сила на роли- Скорость

Ширина

ках,

сварки,

шва,

паузы

кН

м/мин

мм

0,8

3.. .4

6,0... 7,0

0,10

0,18

2...2,5

7,0... 8,0

0,12

0,25

2,5 ... 3,5

4,5 1,0+ 1,0

4...5 0,7

75 1,2 + 1,2

8,0...9,0

0,16

0,30

8,5 ...9,0

0,20

0,40

3,5...4

5...6

6,5 1,5 + 1,5

6...6,5 0,6

4... 5

100 2,0 + 2,0

11,0... ]2,0

7,5

11.37. Ориентировочные

0,25

сечение, мм

7... 7,5

режимы контактной стыковой сварки титана оплавлением

Припуск, мм

Поперечное

0,50

на оплавление

Время, с

Сварочный ток при оплавлении, А

на осадку

подогрева

]000

оплавления

120 29500 ]0

2000

3

8

]80

2500

31200

300 4

3000

360 15

3500

10

33000

4000 Примечаиие. Сварочный ток при подогреве

22 500 А,

сила при осадке

50

420

5

430

6

кН.

Значения а., а_1 и (5 сварных соединений

ет содержание меди в шве. В качестве проме­

такие же, как и у основного металла. Для об­

жуточной прокладки можно использовать мед­

легчения соединения при диффузионной свар­

ную фольгу или наnыленный слой меди. Приме­

ке

применяют

промежуточные

одно-

и

много­

нять промежуточную прокладку целесообразно

слойные покрытия и прокладки из более лег­

при

коплавких

конструкций с поверхностями большой протя­

металлов, образующих относитель­

но низкотемпературные

эвтектики

венно с титаном

Ме

(Ti -

- Ti,

сварке геометрически сложных титановых

непосредст­

женности. При получении соединений при свар­

однослойное

ке давлением в жидкой среде в качестве тепло­

покрытие) или между разнородными металла­

носителя можно использовать жидкие среды на

ми

основе расплавленных солей. При сварке тита­

(Ti -

Меl

-

Ме2

- Ti),

образующими покры­

тие. Соединение деталей из титановых сплавов

новых сплавов теплоносителем может служить

диффузионной сваркой через промежуточную

смесь солей состава:

медную прокладку основано на использовании

Оптимальные режимы сварки титановых спла­

медно-титановой эвтектики,

зоне контакта при

870 ... 890

образующейся

в

ос (ниже темпера­

вов приведены в табл.

70 % BaCl 2 + 30 % KCI. ] 1.38.

Сварка давлением в жидкой среде реко­

туры сварки). Для улучшения механических

мендуется при изготовлении сварных изделий

свойств соединений после сварки следует nри­

из титановых сплавов в мелкосерийном про из­

менять изотермический отжиг, который снижа-

водстве.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

144 11.38.

Оптимальные режимы диффузионной

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

сварки титановых сплавов

Т, ОС

Сплав

р, МПа

ОТ4

1,

50

мии

10

на

медной

400

с

обычной

сваркой

постоянным

подогревом позволяет в

раза

4

снизить необходимую силу, в

6 - 30

тельность сварки и на

ос температуру

(табл.

50... 150

раз дли­

11.39).

/

Оптимальные режимы сварки

в условиях сверхпластичности

Сплавы

Т, ос

Скорость деформации, '/с

шиностроение,

1981. 271

Металлургия

4.

титана и его сплавов

+

ВТ6

ОТ4

+

ОТ4

7.5· 10·4

3,2

900 1,2 2. 10-3 ОТ4

+

BТl5

920

10

/

с. и

технология

сварки

СМ. Гуревич, В.Н. Зам­

В.М., Ямпольский

Сварочные дуговые

процессы

Сварка

6. В

3-х

т.

Т.

1.

2002. 264 и

/

в вакууме.

свариваемые

/ Под ред. 1991. 528 с.

В.М.

М.:

с.

Свариваемость

Справочник

7. таллов

ВТ6

материалов:

1986.240 с. 5. Неровный

Справ. изд. мин

сварка

ков, В.Е. Блашук и др. Киев.: Наукова думка,

таллургия,

1,

1990.

Под ред. И.Ф. Казакова. М.: Ма­

Машиностроение,

11.39.

Машиностроение,

с.

М.: Машиностроение,

Диффузионная

3.

сравнению

Л.:

1988. 2] 5

с.

Справочник

давлением с

В.П.,

Горынин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в

2.

Сварка в режиме сверх пластичности по

В.Р., Демянцевич

основе.

машиностроении.

]5

100

вов

Ленингр. отд-ние,

950 ВТ6

Абрамович

1.

Ефимов Л.А. Сварка плавлением меди и спла­

материалы. материалов:

Э.Л. Макарова. М.: Ме­ по сварке

цветных

ме­

СМ. Гуревич; Отв. ред. В.Н. Замков.

2-е изд., перераб. и доп. Киев: Наукова думка.

1990.512 с. 8. Стеклов

О.И.

Сварка

тугоплавких

металлов и их сплавов: Справочник А.И. Акулова. Т.

2.

/

Под ред.

Сварка в машиностроении.

М.: Машиностроение,

1978.

С

289 - 33] . 462

с.

Гл а в а

12

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И

СПЛАВОВ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

12.1.

СВАРИВАЕМОСТЬ ТУГОПЛАВКИХ

эффективно (вольфрам,

МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

упрочняющим молибден).

твердый

Так,

раствор

например,

сплав

состава Та

к

основным

особенностям тугоплавких

металлов следует отнести высокие температуру

плавления,

уровню

прочность

абсолютной

и

и

жаропрочность.

удельной

По

прочности

- 30 % Nb - 7,5 % V сваривается удовлетворительно, а сплавы Та - 12,5 % W и особенно Та - 17 % W имеют плохую свари­ при

комнатной

температуре хрупкие, а сплав Та

ваемость;

швы

этих

сплавов

- 17 % W

(отношение предела прочности к плотности)

склонен к образованию горячих трещин (ГТ)

при высоких температурах тугоплавкие метал­

при сварке.

лы

значительно

Весьма

превосходят

ценными

являются

также

другие

свойствами их

этих

высокая

В ниобиевых сплавах образование ГТ за­

металлы.

металлов

коррозионная

висит от соотношения

стойкость в жидких шелочных металлах и ки­

V/Zr > 5

слотах,

вуют.

малое

поперечное

сечение

захвата

тепловых нейтронов, сверхпроводимость (нио­ бий) и др. исследований

таллов

их

и (Мо

+ V)/Zr > 1О

Mo/Zr > 5;

ГТ в швах отсутст­

Единственный легирующий элемент, ко­

торый повышает пластичность молибденовых

На основании выполненных за последние годы

концентрации легирую­

щих элементов. Так, при отношении

можно

свариваемости таких условно

разделить

на

и вольфрамовых сплавов

количестве

две

на свариваемость вольфрамовых сплавов бла­

1%

(мас.),

при легировании в

ме­

рений. Наряду с ним

группы. Первую группу, куда входят удовле­

гоприятно

творительно

сплавах вольфрама содержания молибдена до

сваривающиеся

плавлением

ме­

таллы, составляют цирконий, ниобий, тантал и

30 %

ванадий. Металлы второй группы

соединений.

вольфрам и хром

-

молибден,

влияет

-

молибден.

Увеличение

в

(мас.) повышает пластичность сварных

свариваются значительно

Основным препятствием получению вы­

хуже. Сварные соединения этих сплавов весьма

сококачественных сварных соединений являет­

склонны к образованию трещин, малопластич­

ся

ны при нормальной температуре.

количествах,

-

Сплавы на основе тугоплавких металлов, полученные

гии,

методом

порошковой

плохо свариваются:

в

металлур­

швах образуются

наличие

предел

примесей

в

основном

значительно

растворимости.

металле

превышающих

Рост

содержания

в их

ки­

слорода в молибденовых сплавах приводит к появлению

и

резкому

увеличению

температу­

поры, сварные соединения склонны к образо­

ры перехода к вязкохрупкому сварному соеди­

ванию трещин.

нению.

Поэтому для сварных конст­

рукций применяют металлы и сплавы, выплав­

Механические свойства сварных швов на

ленные в контролируемой атмосфере инертных

тугоплавких металлах могут быть улучшены,

газов

(дуговой

метод

плавки)

или

вакууме

(электрон но-лучевой метод плавки). Уменьшение содержания вредных приме­ сей в исходном металле задач

металлургии

-

одна из основных

химически

активных

туго­

Хорошей

ности и пластичности при нормальной темпе­

ратуре уменьшают размер зерна. К таким эле­ ментам относятся алюминий, титан, цирконий,

гафний, иридий, ниобий и др. Из этих элемен­

плавких металлов.

свариваемостью

сплавы тантала, содержащие

если их легировать элементами, которые наря­

ду с увеличением высокотемпературной проч­

отличаются

<13 %

(ат.) леги­

тов наиболее эффективны цирконий, гафний, иридий.

рующих элементов. Очевидно, подобное огра­

Взаимодействие тугоплавких металлов

ничение как для ниобиевых, так и для тантало­

с

вых сплавов относится к элементам, наиболее

взаимодействуют с большинством газов, обра-

газами.

Тугоплавкие

металлы

энергично

Глава

146

зуя

оксиды,

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

12.

химические

соединения

и

раство­

талла

при

комнатной температуре.

В

то

же

ры внедрения. Как правило, в результате взаи­

время нитриды тугоплавких металлов способ­

модействия

ствуют

тугоплавких

уменьшается

По

металлов

с

газами

сушествуюшей

их

упрочнению,

и

поэтому

для

ряда

сплавов, в том числе и молибденовых, нитриды

их пластичность.

осно­

используются для дисперсионного упрочнения

ванной на сравнении стандартной величины теп-

классификации,

сплавов, при этом концентрация азота в сплаве

лоты образования оксида (1'Jf 298к , ккал/моль большинство тугоплавких металлов отно­

02),

сится к группе металлов с большим сродством к

кислороду.

Для

этой

группы

металлов

130 ккал/моль 02< /).Н 298К <200 ккал/моль 02' В результате взаимодействия этих метал­ лов

с

кислородом

чаше

всего

снижается

их

поддерживается на заданном уровне.

<200

При температурах

ос цирконий не

реагирует с газами атмосферного воздуха. При нагревании

400 ... 600

до

ос

он

покрывается

оксидной пленкой, затрудняющей дальнейшее окисление металла. При более высокой темпе­ ратуре одновременно с

увеличением

скорости

окисления наблюдается растворение кислорода

пластичность. Особенно сильно охрупчивают­

в цирконии, что сильно понижает его пластич­

ся молибден и вольфрам. По скорости окисле­

ность. При нагреве он активно соединяется с

ния

азотом, образуя нитриды. Металлический цир­

на

воздухе

тугоплавкие

металлы

могут

быть расположены в такой последовательно­

коний энергично поглощает водород. Скорость

сти:

окисления циркония становится заметной при

молибден,

тантал,

ниобий,

вольфрам.

Заметное повышение скорости окисления этих металлов

>600

наблюдается

при

ос

ДО температуры ванадия

650

ос на поверхности

существует плотная оксидная

пленка,

защищающая его от дальнейшего окисления.

Выше этой температуры, точнее при темпера­ туре

650

ос, оксидная пленка расплавляется и

скорость

окисления

ванадия

возрастает.

Мо­

либден и вольфрам образуют летучие оксиды. В связи с окислением и испарением окси­ дов тугоплавких металлов для работы послед­ них при повышенных температурах

их поверх­

ность необходимо защишать. Тугоплавкие

металлы

температуре

температурах

проявляют

значи­

водороде наблюдается их охрупчивание вслед­ ствие

выделения

по

границам

зерен

гидридов

иглообразной формы, поэтому для указанных металлов водород является опасной примесью.

ным

цирконием

ос В интервале температур 400 ... 600 ос

реакция

при

начинается

при

температуре

протекает сравнительно медленно,

700 ... 800

но

ос она развивается быстро.

Насыщение

циркония

азотом

снижает

пластические свойства металла и его коррози­ онную стойкость.

В промышленности

няются сплавы цирконий

-

приме­

олово, цирконий

-

ниобий и др.

Цирконий и его сплавы применяются в отожженном (мягком) и нагартованном (обжа­ тие до

50 %)

состояниях.

Высокая активность циркония и его спла­ вов

при

венно

повышенных

сказывается

на

температурах сварочных

сопровождающихся изменением

су шест­

процессах,

температуры

металла шва и ОШЗ в широких пределах.

Таким образом, анализ особенностей из­

водород

менения свойств сварных соединений в связи с

Азот, так же как и кислород, отрицатель­

ных количествах позволяет наметить наиболее

Вольфрам

и

молибден

адсорбируют

без существенного ухудшения свойств. но влияет на

пластичность тугоплавких

метал­

лов. Ванадий, ниобий и тантал с азотом обра­ зуют

ос

-400

тельную сорбционную способность к водоро­ ду. При нагреве ванадия, ниобия и тантала в

200

Заметное взаимодействие азота с йодид­

весьма

ограниченные

области

твердых

наличием в них примесей внедрения в различ­

эффективные пути металлов

VIA

во-первых,

улучшения

подгруппы.

очистка

К

свариваемых

ним относятся:

исходного

материала

от

элементов, образуюших с ним твердые раство­

растворов внедрения.

При взаимодействии азота с молибденом

ры

внедрения (особенно остро эта проблема

и вольфрамом область твердых растворов ог­

стоит

раничена еше в большей степени. В молибдене

вольфрама и хрома); во-вторых, рациональное

и вольфраме образуются нитриды

MoJN, Mo 2N,

легирование химически активными элементами

которые выделяются в основном

с целью связывания примесей в термодинами­

W2N по

и

WN,

границам

зерен,

снижая

пластичность

ме-

при

производстве

сплавов

чески стабильные соединения.

на

основе

СВАРИВАЕМОСТЬ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Пористость металлов.

при

сварке

Некоторые

тугоплавких

тугоплавкие

металлы

проявляют повышенную склонность к образо­

дит К увеличению примесей, выделившихся по границам

количество

Для

пор

возникает

кристаллитов,

и,

как

следствие,

швов,

предупреждения

вызванных

трещин

в металле

охрупчивающим

влиянием

при стыковой сварке без зазора между кромка­

выделяющихся

ми

быть рекомендованы различные меры:

при

неполном

проплавлении

по

толшине

металла. Количество пор в металле шва изме­

примесей

применение

внедрения,

присадочных

няется в зависимости от состава загрязнений,

обеспечивающих

расположенных

пластичности металла шва;

на

торцовых

поверхностях

свариваемых кромок. Минимальное число пор

получение

изменение

схемы

наблюдается при электрополировании и хими­

целью

ческом

дендритов регулированием

травлении

торцовых

поверхностей.

Значительное повышение пористости происхо­ загрязнении

содержащими мальная нии

поверхностей

углерод

и

продуктами,

кислород.

свариваемых

кромок

углеродом

и

кисло­

родом одновременно.

металлов,

более

высокой

направления

с

осей

направления тепло­

отвода при кристаллизации; применение

мер

по

ограничению

ос­

таточных напряжений в металле шва.

Макси­

пористость имеет место при загрязне­

могут

кристаллизации

наивыгоднейшего

дит при зачистке кромок напильником, а также

при

к

охрупчиванию металла.

ванию пористости в металле швов.

Наибольшее

147

Изменение

талла

структуры

и

свойств

ме­

в 3ТН. При сварке деформированных

тугоплавких

металлов

в

ОШЗ

наблюдаются

рост зерна и снятие нагартовки.

Для устранения пор при сварке тугоплав­ ких металлов могут быть рекомендованы сле­ дующие основные меры:

тщательная

Для чистых металлов, в которых количе­ ство примесей внедрения не превышает преде­ ла

обработка

поверхности,

растворимости,

ность

и твердость

в ЗТВ и

понижаются

повышается

проч­

пластичность

особенно торцов соединяемых деталей (шли­

по сравнению с подобными характеристиками

фование и тщательная очистка от загрязнений);

основного металла в нагартованном состоянии.

зазором,

В связи с тем что в промышленных спла­

исключающая возможность образования замк­

вах количество примесей внедрения, как пра­

нутых несплошностей;

вило,

сварка

с

гарантированным

предварительный

подогрев

кромок и

выше

предела

их

растворимости,

пла­

стичность рекристаллизованной зоны снижает­

особенно торцов соединяемых деталей с целью

ся. Это связано с повышением

десорбции имеющихся на них газов;

примесей внедрения по границам зерен. Осо­

увеличение погонной энергии и дли­ тельности

существования

ванны

в

расчете

на

создание условий для всплывания пузырьков.

Особенности

кристаллизации

концентрации

бенно резко снижается пластичность металла при

распределении

неметаллических

соедине­

ний в виде пленок по границам зерен, резко

металла

ослабляется связь между зернами, что при ВО­

шва. Высокие температура плавления и тепло­

дит К хрупкому разрушению металла по грани­

проводность большинства тугоплавких метал­

цам зерен. Например, в молибдене при нали­

лов способствуют повышению скорости кри­

чии

сталлизации

оказывается покрытой оксидами молибдена.

грубой

и образованию

в металле

крупнокристаллической

швов

дендритной

0,006 % 02

Для вольфрама это содержание еще меньше. Выделение вдоль границ зерен цепочек

структуры.

Большинство тугоплавких ладает малой растворимостью дрения,

при

ческого

производства

современном в

металлов об­ примесей

уровне

вне­

металлурги­

внедрения

вы­

деляются по границам зерен в виде различных

Образование грубой дендритной структу­ в

металле

швов

поверхности

сокращает

к

суммарную

границ зерен,

что

зерен

повышается, что вызывает перемешение

температуры перехода к хрупкому разрушению

в область более высоких температур. На хрупкость тугоплавких металлов от­

соединений, охрупчивающих металл.

ры

металла

ров зерна концентрация дефектов по границам

В связи с этим в про­

личину

повышающих склонность

превосходит

примесей при меси

новению несплошностей и зарождению микро­ трещин,

хрупкому разрушению. С увеличением разме­

предел растворимости. кристаллизации

избыточных фаз иногда способствует возник­

спла­

промышленных

вах содержание таких цессе

большая часть границ зерен

ве­

при во-

рицательно влияют не только примеси внедре­

ния, выделившиеся в виде второй фазы и рас­ положенные по границам зерен, но и

примеси

Глава J 2. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

148

внедрения,

твердом

находящиеся

растворе.

в

пересыщенном

Снижение

металла

в

этом

случае

образом

в

результате

пластичности

происходит

торможения

жиривание кромок спиртом-ректификатом или ацетоном.

Дуговая сварка. В камерах с контроли­

главным

движения

руемой

атмосферой

щитного

12.2.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ

Цирконий

при

пластичный

-

металл,

обла­

дающий хорошими свариваемостью и жидко­

текучестью. Он неплохо растворяет свои окси­ имеет

низкий

расширения,

коэффициент

благодаря

чему

линейного

коробление

его

при сварке незначительно. Цирконий обладает высокой коррозионной стойкостью в кислотах, а также в воде под большим давлением и при высоких температурах.

Прочность чистого циркония Более

предваритель­

высокая

прочность

скому цирконию

присуща

МПа.

250

техниче­

МПа). Для повышения

(410

газа обычно при меняется

смесь [в об. долях

ЦИРКОНИЯ

ды,

создается

ный вакуум ::::3 . 10-4 мм РТ.ст. В качестве за­

дислокаций.

сварке

швов

к

нительно через

900 ... 1000 сварки

а-ста­

хром, молибден, ниобий). Прочность соединений из технического нелегированного циркония близка к таким же свойствам основного металла.

пор.

и

или

склонность

Используемый

ос

осушают,

алюмогель

титановую

циркония

пропуская и

его

нагретую

стружку.

характеризуются

до

Режимы повышен­

12.1).

Для выбора величины тока при сварке в гелии рекомендуется принимать приближенное

соотношение: оптимальные

lCB

А

1

вольфрамового

v СВ = 1О

элементов

повышается

ными сварочными токами (табл.

дующие:

легирующих

очищают

селикагель,

ний легируют различными элементами. Среди при меняемых

аргоне

образованию

гелий

Аг, так как

27

инертный газ высокой степени чистоты допол­

механических и коррозионных свойств цирко­

билизатор (олово) и ~-стабилизаторы (железо,

в

Не,

(%)]: 73

на

0,03

электрода

параметры

=

мм

провара.

диаметром режима

А;

125 ... 135

сварки

Ид =

Для мм

3,2

сле­

14 ... 18

В;

м/ч. При сварке на воздухе с газовой

струйной защитой для металла толщиной до мм рекомендуется такой средний расход

12,5 гелия

:

в

сварного

горелку

и

для

защиты

соединения

24 шва 8

обратной стороны необходимо

остывающего

л/мин,

на

защиту

л/мин. Защиту шва

осуществлять

при

охлаждении

руемой атмосферой инертных газов (преиму­

370 ОС. При скорости сварки до 25 м/ч (7,0· 10-) м/с) длина насадки к горелке должна быть ::::27 мм. Материал присадочной проволо­

щественно неплавящимся электродом), элек­

ки обычно соответствует составу свариваемого

тронно-лучевая и

сплава. Часто используется проволока из спла­

Для циркония рекомендуются следующие способы сварки: дуговая в камерах с контроли­

плазменная. Эти

металлы

удовлетворительно свариваются контактной и

до

вов типа циркаллой.

Электронно-лучевая

диффузионной сваркой.

сварка

(ЭЛС)

-

Подготовка под сварку. Чтобы исклю­

один

возможность насыщения

соединения деталей из циркония и его сплавов.

чить

слоев

поверхностных

металла водородом, следует избегать

травления кромок перед сваркой. Предпочте­

из

основных

технологических

процессов

Сварка выполняется при давлении в вакуумной

камере ~I . 10-4 мм РТ.ст. Оптимальные режи­ 12.2) обеспечивают хорошее

ния заслуживает механическая очистка. В от­

мы сварки (табл.

дельных случаях, при тщательном соблюдении

формирование швов без дефектов. Применяет­

всех требований технологических инструкций,

ся также непрерывная и импульсная элс. По­

допускается химическая очистка кромок в

активе следующего состава [в об. долях

30

НNO);

5 HF; 65 HzO,

травления при ления

55 ... 60

заготовки

ре­

(%)]:

продолжительность

ос ~2 мин. После трав­

переносят для

осветления

в

ванну с раствором такого состава [в мас. долях

9 HzO, 85 1 н. НNО з (64 мл НNОз плотностью d = 1,42 на 1 л воды). После

(%)]: 15

Аl(NО))з,

осветления их промывают в проточной воде и просушивают

при

200

ОС.

Непосредственно

перед сваркой обязательны промывка и обез-

следний способ используется главным образом для

сварки

позволяет

сплавов

получать

на

основе

лучшее

циркония;

он

формирование

швов и обеспечивает оптимальные условия для регулирования структуры соединения.

Для сварки циркониевых сплавов жела­ тельно применять системы откачки, обеспечи­

ваюшие получение высокого «безмасляного» вакуума.

Повышение давления в

камере до

1,33 . 10-Z Па вызывает снижение пластичности сварных соединений.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЦИРКОНИЯ

12.1. Ориентировочные

149

режимы сварки циркония и его сплавов с разделкой кромок в камере, заполненной гелием

Толщина материала,

I c8 ,

Разделка кромок

свариваемого

А

Ид> В

VeB' м/ч (1 . 10-3 м/с)

16,5

15(4,2)

мм

Однопроходная,

3

а =

6

60°;

V-образная;

70

притупление 3 мм

а =

60°;

r=8

мм

притупление

8

1 2

100

Двусторонняя, рюмкообразная;

57

Число "роходов

Корень шва

мм;

I

300

20

12 ... 15

I

32

Заполнение шва

175

12.2. Ориентировочные Свариваемая

Ускоряющее

толщина металла, мм

напряжение, кВ

I (3,4 .. .4,2)

15

I

режимы эле технического циркония Скорость сварки, м/ч

Ток луча, мА

1

(1 . 10-3 м/с)

60

30 (8,4)

10 2

100 29,5

75

46,8 (13,1)

100

18,5

36 (10,1)

3 Корень шва

4

20

50... 60 10(2,8)

Заполнение шва

60 ... 80',55 ... 80" . С присадочной проволокой диаметром 1,4... 1,6 мм . .. В импульсном режиме без присадки. Часто встречаюшимся дефектом сварных швов

циркониевых

тость.

Поры

сплавов

обычно

является

располагаются

порис­

вблизи

сварных

швов

близка

к

прочности

заметно понижаются,

оставаясь, однако, на удов­

линии сплавления. Пористость вызывают диф­

летворительном

фузия в сварочную ванну растворенных в ме­

сплавов на основе uиркония (табл.

талле газов, взаимодействие влаги и углерод­

основного

металла. Показатели пластических свойств швов

уровне. Это же наблюдается у

12.4).

Для устранения склонности швов к обра­

содержаших веществ (пары масла и др.) с рас­

зованию

плавленным металлом. Для устранения пор и

разрушению,

получения

сварных соединений сразу же после сварки их

необходима

высококачественных тщательная

соединений

подготовка

кромок,

холодных

трещин

а также

и

к

замедленному

стабилизации

качества

подвергают термической обработке: нагреву до

рекомендуются прогрев отбортованных кромок

750 ... 850

расфокусированным пучком и

охлаждению с печью (технический цирконий)

предваритель­

ос, выдержке в течение

40 ... 60

мин,

ное сплавление кромок. Погонная энергия при

или в воде (сплавы циркаллой системы

эле циркония не превышает значений, необ­

и др.). После термической обработки сварные

ходимых для сварки сталей той же толщины.

изделия из циркониевых сплавов (например,

Zr - Nb

Механические свойства соединений из цир­

оболочки тепловыделяющих элементов ядер­

кония практически идентичны при сварке в каме­

ных реакторов из сплавов циркаллой-2 и цир­

ре с контролируемой атмосферой особо чистого

каллой-4)

инертного газа и эле (табл.

стойкостью.

12.3).

Прочность

обладают

высокой

коррозионной

Глава

150 12.3.

12.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Механические свойства сварных соединений из технического циркония толщнной

1,5

мм (средние показатели)

Б,%

",.%

284,5 ...333,5

33 .. .40

48.. .53

3 13,9... 353,2

18...23

18...23

294,3 ...313,9

18...22

47... 54

Образец

(1.,

Основной металл Сварное

соединение,

выполненное

в

камере с контролируемой атмосферой Соединение, выполненное ЭЛС

12.4.

МПа

Механические свойства стыковых соединений из некоторых цирконневых сплавов (средние показатели) Основной металл

Толщина

Сплав

металла, мм

(1.,

МПа

Сварное соединение

Б,%

(1., МПа

Б,%

Zr + 2,5 % Sn

3,2

477,7

25,0

507,2

15,0

Zr+ 5 % Sn

3,2

593,5

12,0

620,0

4,0

Zr + 3 % Nb + 1 % Sn

0,9

510,1

21,0

647,5

10,0

Прнмечанне. Сварка в камере, заполненной гелием.

Контактная

сварка.

Цирконий

и

его

12.3.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СПЛАВОВ

сплавы хорошо свариваются точечным и шов­

НА ОСНОВЕ НИОБИЯ, ВАНАДИЯ И

ным способами. При точечной сварке приме­

ТАНТАЛА

няют режимы для титановых сплавов с повы­

шенной в ная

1,6 - 1,7

сварка

раза плотностью тока. Шов­

проводится

с

защитой

аргоном.

Рекомендуется также подводная сварка с по­ гружением шва на глубину до

20

мм. Послед­

ний способ обеспечиваетзаметное уменьшение ширины 3ТВ.

При сварке сплавов системы

толщиной

Zr - Nb

2

мм в воде ширина 3ТВ

(с обоих сторон шва) составляет щите аргоном

8

2

мм, при за­

мм; твердость зоны при обоих

способах защиты существенно не различается. Режим

lc.

сварки

сплавов

толщиной

2

мм:

= 15 кА; сила на электродах 6500 Н; дли­

- один период; v с. = 50 м/ч (14 . 10'3 м/с), диаметр электрода 145 мм, ширина контактной поверх­ ности 8 мм.

тельность сварки пять периодов, паузы

Диффузионная сварка про водится в ва­

кууме ~1 . 10·4 мм рт.ст. Рекомендуется подго­ товку свариваемых поверхностей выполнять по

седьмому

950

ОС; Р

классу.

Режим

сварки:

Т =

750 ...

= 0,98 МПа; t = 20 мин. Механические

свойства сварных соединений: а. =

о = 20 %; '" = 20 %.

581,7

МПа;

Применение ванадия и сплавов на его ос­ нове

определяется:

значительной

удельной

прочностью при умеренно высоких температу­

рах

(650 ... 900

ОС), малым сечением захвата

тепловых нейтронов, высокой коррозионной стойкостью в сочетании с хорошей техноло­

гичностью. Недостатками являются: относи­ тельно низкая для тугоплавких металлов тем­

пература плавления

(1900

ОС) и

чрезмерная

склонность к окислению, обусловленная неус­ тойчивостью, летучестью и низкой температу­

рой

ОС) плавления его оксида V 20 s. Ниобий и сплавы на его основе отлича­

(675

ются высокой температурой плавления, жаро­ прочностью, малым сечением захвата тепловых

нейтронов, высокой коррозионной стойкостью, самой малой плотностью из жаропрочных ме­

таллов (вольфрам, молибден, тантал, ниобий), высокими

технологичностью

и

свариваемо­

стью. Недостатками ниобия и его сплавов яв­

ляются большая

склонность

к

окислению и

малый модуль Юнга. Основные преимущества сплавов на ос­ нове тантала

-

высокая жаропрочность, корро-

151

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИОБИЯ, ВАНАДИЯ И ТАНТАЛА

зионная стойкость, хорошие технологичность и

ную,

свариваемость.

воздухе, в инертных газах и вакууме. Из пере­

плотность,

Недостатки тантала

сильная

большая

-

окисляем ость

при

повы­

шенных температурах, высокая стоимость.

диффузионную

численных

в

-

плавлением

В промышленности используют преиму­ шественно сплавы этих металлов, упрочняемые

В

вакууме;

основном

трением

применяют

на

сварку

электрон но-лучевую и дуговую в

аргоне или гелии. Кроме того, применяют кон­ тактную сварку, диффузионную и трением.

путем упрочнения твердого раствора и образо­

Подготовка

к

должна

ными

кромки обрабатывают механическим способом

для

ниобия

являются

тщательно.

выпол­

няться

упрочнителями

особенно

сварке

вания мелкодисперсной фазы. Наиболее силь­

Свариваемые

цирконий, гафний, вольфрам, молибден, вана­

и

дий; для тантала

- 32 НNО з + 32 НС1 + + 36 Н 2 О; ниобий - 22 Hf + 8 НNОз + 15 H2S04 + + 55 Н 2 О; тантал - 90 HF + 10 НNО з . Непо­

ванадий, молибден, гафний,

-

вольфрам, а также рутений, рений, осмий; для ванадия

-

титан, цирконий, ниобий, вольфрам.

Для получения сплавов с повышенной жаро­ прочностью на основе ниобия и тантала в каче­

травлению

(%)]:

в

смесях

кислот

ванадий

средственно перед сваркой кромки обезжири­ вают и обезвоживают этиловым спиртом. Дуговая

стве легирующих элементов используют угле­

род, азот, бор, которые наряду с некоторым

подвергают

[в об. долях

щимся

сварка.

электродом

в

Для

сварки

камерах

с

неплавя­

контролируе­

упрочнением твердого раствора образуют вто­

мой атмосферой

рую дисперсную фазу (карбиды, нитриды, бо­

дование

риды), упрочняющую металл особенно эффек­

титана.

тивно

сфере особо высокой чистоты [в об. долях

при

одновременном

введении

титана,

циркония, гафния. Из рассматриваемых метал­ лов

V

группы наибольшее применение имеют

сплавы на основе ниобия.

Отличительными

используют такое же обору­

и приспособление, Сварку выполняют

при

логию

коммуникационной

ность

ния.

и чувствительность

Ниобий

оксиды,

и тантал

однако

к

примесям

температуры

их

плавления

ниже температуры плавления металла

дЛЯ

Nb 20 5

И

внедре­

образуют тугоплавкие

(1460

ос

ОС дЛЯ Та205)' Удельный

1900

очищенный и осушен­

ный инертный газ, а также специальную техно­

сварке этих металлов являются высокие, как и

группы, окисляемость, актив­

(%)]:

печить в камере такой состав атмосферы, при­

для металлов

IV

атмо­

1 . 10-4 02; 5 . 10-4 N2; 2 . 10-4 влаги. Чтобы обес­ меняют дополнительно

особенностями

как и при сварке в защитной

вакуумной

подготовки системы.

камеры

меры включает в себя вакуумирование, гаживание,

газом.

продувку

Камеру

и

и

Подготовка

заполнение

откачивают

ее ка­

обез­

инертным

до

давления

~3 . 10-4 мм РТ.ст. Для удаления адсорбирован­ ного кислорода и паров воды с поверхностей

объем оксидов значительно превышает удель­

внутри

ный объем основного металла, поэтому оксид­

облучение (от электроламп типа НИК) и про­

ные

пленки

открывая

растрескиваются

доступ

металла. Оксид ванадия низкую температуру этому оксидная

и

кислороду

отслаиваются,

к

(V205)

плавления

поверхности

летуч и имеет

(675

ОС); по­

пленка не защищает металл от

камеры

мывание

также

рекомендуются

сверхчистым

продувка

давления

окисления. Окисление начинается с температур

гелием.

системы.

очищенным

0,05

Необходима

трубопроводов

коммуникационной заполняется

инфракрасное

и

вентилей

Объем

газом

до

камеры рабочего

ати.

В процессе сварки непрерывно следят за

(в ОС): ~200 ...250 для ниобия; ~ЗОО дЛЯ тантала

чистотой

и ~400 для ванадия.

инертном газе содержания примесей, близкого

взаимодействуют

в

С

азотом эти металлы

меньшей

степени,

чем

с

к

атмосферы.

допускаемым

кислородом, и устойчивы до следующих тем­

восстановить

ператур (в ОС): ниобий

эффективным

450;

ванадий

-

до

800.

-

до

350;

тантал

до

-

Нитриды представляют

собой твердые тугоплавкие соединения.

рочной

сительно высокая теплопроводность ниобия и

газоочистку,

тантала вызывают необходимость применения

прессора.

концентрированных

сварке

плавлением.

способы инертных

сварки: газах;

источников

Используют

плавлением

в

энергии

при

следующие вакууме

контактную точечную

и

в

и шов-

примесей

непрерывная

Наиболее

восстановления

в камере

и

меньше с

сва­

поддержания

циркуляция

осуществляемая

в

необходимо

атмосферы.

способом

атмосферы

является

достижении

концентрациям,

качество

концентрации

Высокие температуры плавления и отно­

При

допустимой газа

помощью

через ком­

Для сварки используют аргон или гелий. Дополнительная

очистка проводится теми же

способами,

и

что

для

сварки

ответственных

конструкций из циркониевых сплавов (пропус-

Глава

152

12. ТЕХНОЛОГИЯ

СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

и разогре­

Ванадий, тантал и ниобий можно свари­

тую титановую губку). Предпочтения заслужи­

вать на постоянном и переменном токе вольф­

вает гелий, так как при сварке неплавящимся

рамовым или плавящимся электродом. Лучщие

электродом

результаты получаются при сварке вольфрамо­

канием

через селикагель,

в

нем

алюмогель

величины

сварочных

токов

для проплавления тугоплавких металлов одной

вым

и той же толщины в среднем в

полярности.

1,5

раза меньще,

до

1

мм рекомендуется

использовать

аргон, для металла больщей толщины

-

гелий

или смесь аргона с гелием.

Наиболее распространенный тип сварно­ го соединения из тугоплавких металлов

-

ковое без разделки кромок. Соединения внахле­ сварке тонколистовых металлов в камере с кон­

тролируемой атмосферой на оптимальных ре­ жимах сварные щвы получаются без дефектов.

При сварке на воздухе со струйной защи­ той наддув инертного газа необходим при ос­ тывании вплоть до металлов сварки

200 ОС. Расход аргона для толщиной 1... 2 мм на защиту зоны

и

остывающих

составляет роны щва

16 л/мин, - 5 л/мин.

участков

металла, ММ

садкой; на медной подкладке

1,5

ская, без присадки, с пере-

Диаметр присадочной проволоки, мм

медной подкладке

Сварка циркония, тантала и ниобия мо­ ческих камерах с контролируемой атмосферой. При сварке в микрокамере для предупре­ ждения подсоса воздуха аргон или гелий дол­ жен

подаваться

ская, без присадки; В каме-

ной аргоном;

минимальной

скоростью,

чительным избыточным давлением. Обратная сторона

щва

защищается

струей

инертного

газа, который подводится к металлу шва через отверстия технологической подкладки. Разме­

ры микрокамеры подбираются из расчета за­ щиты

Диаметр

инертным

газом

>400

металла,

нагреваемого

ОС.

Режим сварки

Длина

мового

дуги,

электрода,

мм

I c ., А

У с .,1 . 10'3, м/с

Расход газа, л/мин для в горелку

корня

шва

50 -

60

-

7,5

2,0 3,0

100 1,6

1,0

0,5

40... 50

5,6 2,3

60...80 1,2

0,7

6,5 80... 100

2,0

8,3 ...9,0

1,0

80... 120 1,5

1,5

7,5

100

3,5

1,0

160 1,2

В камере

70... 100

избыточ-

2,0 1,5

100

ре, наполнен-

без подкладки

с

обеспечивающей заполнение камеры с незна­

вольфра-

3

2,0

2,0 Автоматиче-

мм зазор

жет про водиться с местной защитой в гермети­

1,2

движной микрокамерой;на

0,3 ... 2,0 % толщины.

режнмы аргонодуговой сваркн ванадия, тантала и ниобия

0,3 Автоматиче-

аргонодуго­

сварке без при садочного

в стыке должен быть ~15

мм

Ручная, с при-

прямой

12.5.

материала листов толщиной

до температуры

12.5. Ориентировочные

Вид сварки

соединений

на защиту обратной сто­

Толшина

При стыковой

током

режимы

вой сварки приведены в табл.

сты­

стку и втавр практически не примеияются. При

постоянным

Ориентировочные

чем в аргоне. Для тантала и его сплавов тол­ щиной

электродом

1,5 2,0

3,0

140... 160

8,3 ... 10,0

ное давление аргона

0,1

ати

-

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИОБИЯ, ВАНАДИЯ И ТАНТАЛА

Лучшим способом зашиты металла шва и

пластические

характеристики

ОШ3 от насыщения газами является общая за­

дорастворным

щита инертным газом, находящимся в спокой­

уровне основного металла.

ном состоянии. для сварки с обшей защитой при меняются герметические камеры, обеспечи­

153

сплавов

упрочнением

с

твер­

находятся

на

В сварных соединениях ниобиевых спла­

вов

наблюдаются такие виды дефектов, как

вающие получение вакуума до 10-4 мм РТ.ст.

трещины и особенно пористость. В основном

После создания такого вакуума камера напол­

эти дефекты возникают при сварке металлов,

няется

загрязненных примесями внедрения. Для пре­

аргоном

или

гелием

давления с точностью ре

проводится без

±0,2

до атмосферного

ати. Сварка в каме­

подачи инертного газа в

дотвращения образования трещин сварку ре­

комендуется вести возможно более узким элек­

горелку. Сварные швы, выполненные в герме­

тронным

тической камере, наполненные инертным га­

внутренние деформации.

зом, по устойчивости против коррозии не ус­

борьбы с пористостью являются дополнитель­

тупают основному металлу.

ная

ЭЛС ниобия выполняют при остаточном

давлении в камере :о; 1,33 . 10-2 Па. Натекание в камеру не должно превышать 4 . 10-4 м 3 . Па/с. Повышение давления сплавов

снижает

при

сварке ниобиевых

пластичность

и

вязкость

сварных соединений.

с

нелегированным

применение его сплавы

с

ниобием

находят

твердорастворным

и

гетерофазным упрочнением. Ниобий легируют вольфрамом, молибденом, танталом, ванадием, цирконием, титаном, гафнием. Цирконий, гаф­ ний, титан упрочняют ниобий не только благо­ даря растворному механизму, но и за счет об­ разования фаз внедрения. Литая структура шва ниобия и его спла­

вов имеет весьма крупное зерно; 3ТВ характе­ ризуется неравномерной структурой. Наиболее крупное зерно наблюдается в участке, непо­

средственно примыкающем к шву. При ЭЛС 3ТВ в

3

Сплавы

раза меньше, чем при аргонодуговоЙ. с

очистка и

При

дегазация

этом

уменьшаются

Одним кромок

из

методов

путем

их

по­

догрева расфокусированным пучком. Сварка тантала и его сплавов. Наибо­

лее сильный упрочнитель твердого раствора в танталовых сплавах

вольфрам. Кроме того,

-

тантал легируют также молибденом, гафнием и рением, которые обеспечивают твердораствор­

Для изготовления сварных конструкций наряду

пучком.

твердорастворным

упрочнением

практически нечувствительны к режимам свар­ ки, в то время как при сварке сплавов с гетеро­

фазным

упрочнением

мальных

структур

и,

для

получения

соответственно,

опти­

механи­

ческих свойств должны соблюдаться термиче­ ские циклы сварки, обеспечивающие опреде­ ленные интервалы скоростей охлаждения. Прочность шва нелегированного ниобия

ниже, чем основного металла рекристаллизованного

(0,7

металла),

прочности

причем

ное и ЭЛС

при дуговой сварке в защитной атмосфере, что

упрочнение.

практически

не

Технология

отличается

от

технологии сварки ниобия. Требования к сва­ рочному

оборудованию,

подготовке

кромок

под сварку, сборка, техника сварки такие же, как и для ниобия. В связи с более высокой тем­ пературой плавления при сварке тантала той же толщины, что и ниобий, требуется приме­ нение в

раза больших мощностей элек­

2 - 3

тронного пучка. Сварное соединение нелегиро­ ванного

тантала,

сохраняя

пластичность

на

уровне основного металла, разупрочняется. Его

прочность составляет

0,75 ... 0,8

уровня основ­

ного рекристаллизованного металла (прочность

металла шва

463

356

МПа, а основного металла

МПа). Угол изгиба в обоих случаях Сварные швы танталовых

1О % W натных

и Та

- 12,5 % W

температурах

состояние

при

и

180°.

сплавов Та

17 % W)

-

пластичны при ком­

переходят

температуре

200

в

К.

хрупкое

Швы

большим содержанием вольфрама (сплав Та

с

-

склонны к образованию ГТ и имеют

повышенную хрупкость при комнатной темпе­ ратуре.

Сварка ванадия и его сплавов. В на­

при

ЭЛС происходит большее разупрочнение, чем

гетерофазное тантала

стоящее время кроме нелегированного ванадия

разработан ряд сплавов на его основе с твердо­

связано с дегазацией расплавленного металла в

растворным

процессе

от

Типичными представителями сплавов первой и

примесей внедрения. Прочность металла шва

второй групп являются соответственно систе­

нелегированного ниобия может быть повыше­

мы

сварки

и

рафинированием

его

V - Nb

и

и

гетерофазным

V - Zr -

упрочнением.

С.

на введением в него легирующих добавок, на­

Технология и техника ЭЛС ванадия ана­

пример циркония или ванадия. Прочностные и

логичны применяемым для ниобия и тантала.

Глава

154

Нелегированный прочняется,

и

12.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

ванадий

для

при

сварке

увеличения

требуется дополнительное

его

разу­

удовлетворительных

легирование

метал­

ным упрочнением

ла шва. Механические характеристики сварных

ка:

соединений

выдержкой

сплавов

рочнением

остаются

талла. Так, сварной имеет

прочность

удлинение

20 %;

с

твердорастворным

на

уровне

556

МПа

и

уп­

характери­

отжиг

необходима термообработ­

при температуре

1ч

1100 ... 1200

ос с

и охлаждением с печью.

ме­

Ориентировочные режимы ЭЛС ванадия,

V - 12 % W

ниобия и тантала и их сплавов приведены в

основного

шов сплава

механических

стик сварных соединений сплавов с гетерофаз­

прочности

относительное

табл.

прочность основного рекри­

12.6. Механические

сталлизованного металла

520 ... 540 МПа, отно­ сительное удлинение 20 ... 22 %. Для получения

свойства

сварных

соеди­

нений из сплавов на основе ванадия, ниобия и тантала приведены в табл.

12.7.

Ориентировочные режимы эле ванадия, ниобия, тантала и их сплавов

12.6.

Толщина

Металл

металла,

Ванадий

1.,

мм

У е .,1

Иуе , кВ

мА

0,5

25 ... 30

17,0... 17,5

1,0

60...67

12,5 ... 12,9

2,0

90 ... 100

12,5 ... 13,5

0,8

40

23

1,0

65 ... 70

17,0... 17,5

1,5

85

27

0,5

60

. 10'3

м/с

5,6... 8,4 16,8

Ниобий

7,3 8,4

Тантал

7,3 18

1,0 У с л о в н ы е

14,0

80

о б о з н а ч е н и я

: 1. -

ток катода; Иус - ускоряющее напряжение.

Механические свойства сварных соединений ванадия, ниобия, тантала и

12.7.

их сплавов (средние показатели) Основной металл

Толщина Сплав

металла, мм

Технический ванадий

Гелиево-дуговая в камере

Система

V - Zr-

С

1,0 Аргонодуговая

в

а., МПа

8,%

647,5*

4,0

445,4"

24,0

941,8*

4,2

510,1"

16,0

951,6*

о

21,0

Технический

2,0

286,5**

26,1

ниобий

0,8

Аргонодуговая в камере

ЭЛС

760,3

8,%

376,7

23,0

627,8

16,0

а, о

570,0

686,7*

18,0

545,4

20,5

207,0

21,3

487,6 -

1,0

а.,

МПа

-

3,5

519,9** эле

У+

а

камере

V + 12 % W

Nb + 3 % +6% Та

Сварное соединение

Способ сварки

180

524,8 470,9

-

180

155

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИОБИЯ, ВАНАДИЯ И ТАНТАЛА

Окончание табл. Основной металл

Толщина

Сплав

мм

а., МПа

8,%

461 **

23,6

Система

Nb-W-Mo-Zr

20

Аргонодуговая в

Nb -Zr- С

камере

Технический

а

а.,

о

а, о

8,%

МПа

448

19,4

451

14,2

490,5

-

-

Система

1,0

тантал

Сварное соединение

Способ сварки

металла,

320,8**

26,0

546,4*

-

12. 7

-

180

180

• Деформированный . .. Отожженный. Диффузионная сварка. Ее выполняют в

Контактная сварка. Точечная и шовная сварка

осложняются

подплавлением

камерах при вакууме 1 . 10·5 мм РТ.ст. Реко­

электро­

дов. Применение экранов и покрытие свари­

мендуется

ваемых деталей, например, графитом значи­

т

тельно

жения

снижают

подплавление

электродов.

= 1250

следующий

ОС; Р

= 14,7

температуры

режим сварки

МПа;

t=5

сварки

с

ниобия:

мин. Для сни­

целью

предот­

Хорошие результаты дает использование на­

вращения чрезмерного роста зерен диффузи­

кладок из молибдена, а также сплавов системы

онные процессы

W -

ванием

Мо. Точечную и шовную сварку выпол­

вочные режимы сварки приведены в табл. технически пешно

чистых

применяют

тугоплавких

металлов

конденсаторную

мого

-

слоя

ус­

Прочность

Орнентировочные режимы точечной

0,9

сварки ниобия и его сплавов

ное

Удельное давление

Диаметр

при сварке, МПа

точки, мм

0,5

82,4

3,8

1,0

515,0

5,0

1,5

412,0

7,5

2,5

343,4

10,0

12.9.

-

вать никель, а сварку

режиме: Т =

Толщина

нескольких

] 000

ОС; Р

металла, мм

электродах, Н

сварного

МПа;

t = 30

соединения

мин.

составляет

прочности основного металла. Диффузион­ соединение

тантала

дующем режиме: Т =

t = 20

выполняют

1650

ОС; Р =

на

сле­

МПа;

1,8

мин. Диффузионная сварка при меняется для

соединения

разнородных

тугоплавких

метал­

лов (например, сплава на основе ниобия 5ВМЦ со сплавами тантала ТВ-10 и молибдена ЦМ-6, а также со сплавами титана). Для соединения

ниобия со сталью успешно используется удар­ ная сварка в вакууме.

1с ., А

112,8 225,6

паузы

1100 3300 4000

и,В

периодах тока, с

импульса

0,5

не­

осуществлять на таком

= 19,6

Продолжительность в

Сила на

0,25

до

Ориентировочные режимы шовной сварки ниобия и его сплавов

Толщина

0,125

десятков

ки при сварке ниобия рекомендуется использо­

точечную

металла, мм

от

скольких тысяч ангстрем. В качестве проклад­

сварку.

12.8.

которые

мер, напылением в вакууме). Толщина наноси­

12.8

Для соединения фольги и проволоки из

12.9.

металлов,

наносят на свариваемые поверхности (напри­

няют с защитой инертным газом, ориентиро­

и

интенсифицируют использо­

промежуточных

3

2

холостого

при замкнутой

хода

цепи

0,8

0,7

1,3

1,05

1,6

1,25

Глава

156 Сварка

12. ТЕХНОЛОГИЯ

трением.

СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Тугоплавкие

металлы

кислород резко увеличивает твердость, а хруп­

сваривают в вакуумных камерах. Для этой цели

кие оксиды, имеющие слабую связь с метал­

стандартные

лом,

установки

(например,

УСМТ-45) модернизируют:

типа

на них устанавли­

вают герметичные камеры с системой откачки. Сварку взрывом с последующей

располагаясь

катастрофически

по

границам

снижают

зерен,

прочность

часто

и

пла­

стичность металлов.

прокат­

В конструкциях эти металлы используют­

кой применяют для получения стали, плакиро­

ся в виде сплавов. Для сохранения пластично­

ванной

сти и повышения прочности металлов УI груп­

танталом.

Коррозионная

сварных химических

аппаратов,

стойкость

изготовленных

пы их легируют:

из такого биметалла, настолько велика, что они

успещно работают даже в тех весьма агрессив­ ных

средах,

в

которых

до

последнего

времени

стойким считали только золото.

элементами

(в

количестве


%),

имеющими к этим металлам большое сродство и образующими с ними растворы замещения; указанные элементы существенно уменьшают

влияние примесей; цирконий, гафний, кальций,

вольфрам, лантан, образуя нитриды. очищают

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СПЛАВОВ

12.4.

НА ОСНОВЕ МОЛИБДЕНА, ВОЛЬФРАМА

И ХРОМА Металлы

УI

матрицу сплава от этой примеси; ниобий, тан­ тал, титан, цирконий хорошо связывают также

углерод; титан, цирконий, ванадий, германий,

подгруппы

(молибден,

лантан очищают от кислорода;

вольфрам, хром) и их сплавы по сравнению с другими

ными

и

конструкционными

тугоплавкими

химически

металлами

и

актив­

сплавами

кая

окалиностойкость

тельно

высокой

путем образования мелкодисперсной фазы в матрице сплава. Углерод наряду с

имеют наихудшую свариваемость.

Преимуществами

металлическими элементами совмест­

но с углеродом для гетерофазного упрочнения

хрома являются в сочетании

с

температурой

высо­

относи­

плавления.

является

раскислителем

вание допускается: для хрома

ем; для молибдена

кая

вольфрама

сопротивляемость

ность гими

к

и

тепловым

исключительно

хладноломкости

тугоплавкими

возможность

его

по

и

ударным

высокая

создания высокими

рением и молибденом. групп эти

V

род в этих металлах образует твердые растворы

в

сварных

внедрения и обладает большой подвижностью, десорбируясь при

сплавов

тугоплавкостью,

никелем, рени­

ограничивают

использования

жаропрочных

-

рением, вольфрамом; для

металлы не дают устойчивых гидридов. Водо­

Молибден и вольфрам являются основой их

что

дру­

с

конструкциях.

для

-

-

В отличие от металлов IУ и

склон­

сравнению

металлами

тем,

модификатором,

образует карбиды с этими элементами. Легиро­

прочностью и малой плотностью. Однако низ­ нагрузкам

и

в

связи

модулем

с

упру­

охлаждении, поэтому дан­

ные металлы не склонны к водородной хрупко­ сти. Несмотря на меньшую, чем у металлов IУ и

V

групп, активность, требуется более тша­

гости, термостойкостью, тепло- и электропро­

тельная их зашита (в связи с повышенной чув­

водностью. Преимуществом молибдена являет­

ствительностью к примесям внедрения), дости­

ся вдвое меньшая, чем у вольфрама, плотность.

гаемая сваркой в высоком вакууме и инертных

Вольфрам

газах высокой чистоты.

обладает

Общие недостатки

высокой тугоплавкостью.

-

низкая окалиностойкость

и высокая склонность к хладноломкости.

Для этих металлов характерны ничтожная растворимость примесей

Металлы этих групп чрезвычайно чувст­ вительны

внедрения, обуслов­

к

термическому

циклу

сварки

при

наличии примесей, содержание которых в ис­ ходном

материале,

как

правило,

значительно

ленная небольшими размерами атомов и меж­

выше предела растворимости. Увеличение зер­

дуузлий, а также их электронным строением, и

на,

чрезвычайно высокая

примесных фаз на границах зерен под действи­

личию примесеЙ.

чувствительность к

на­

Превышение пределов рас­

ем

перегрев,

рекристаллизация.

термического

цикла

приводят

появление

к

резкому

творимости при водит к образованию соедине­

увеличению

ний металлов с примесями внедрения (оксидов,

ности к гт. Температура порога хладноломко­

нитридов, карбидов и др.), располагающимися

сти металла шва ирекристаллизованной 3ТВ,

преимущественно по

границам

зерен

и

охруп­

как правило,

порога

>20

хладноломкости

и

склон­

ос. Для рекристаллизованной

чивающими их. Наиболее сильно охрупчивает

зоны характерен провал пластичности. Высо­

кислород.

кая склонность к горячим трещинам связана:

Растворенный

в

твердом

металле

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МОЛИБДЕНА, ВОЛЬФРАМА И ХРОМА

с наличием примесей внедрения, вы­

600 ... 650

щий подогрев до

ос способствуют

зывающих охрупчивание металла и образова­

понижению

ние легкоплавких эвтектик по границам зерен;

изменение в термические циклы сварки, благо­

с

высокими напряжениями и темпом

даря

хрупкости

157

этому

в

ряде

соединений,

случаев

устраняют

вносят склон­

деформаций в связи с большим модулем упру­

ность швов к образованию трещин. В то же

гости.

время эти технологические меры неблагопри­

Высококачественныесварные соединения

ятно действуют на качество соединений вслед­

использовании металлов вы­

ствие диффузионного перераспределения при­

сокой чистоты и однородности по примесям.

месей, выпадения их соединений на границах,

Необходимо использовать также методы свар­

а также образования вторичных фаз. Поэтому

получаются при

ки,

обеспечивающие образование

сварного

необходимость

предварительного

подогрева

соединения без насыщения примесями внедре­

устанавливается в каждом конкретном случае в

ния. Основными из них являются методы свар­

зависимости

ки

степени чистоты, а также вида сварного соеди­

плавлением: электронно-лучевая,дуговая в

инертных газах в камерах с контролируемой

от

типа

сплава,

его

толщины

и

нения и жесткости конструкции. Отжиг свар­

-1000

атмосферой, сварка полым катодом, лазером.

ных соединений (для молибдена при

Хорошее качество соединений достигается при

для вольфрама при

диффузионнойсварке.

снятия остаточных напряжений и стабилизации

Дуговая сварка. Перед сваркой кромки деталей

подвергают тщательной

очистке

и

травлению. Для сплавов молибдена рекомен­ дуются следующие травители: раствор фос­ форной и азотной кислот

(1 : 1),

разбавленный

водой до плотности

1,37... 1,38; 54 % (об.) H2S04; 45 % (об.) НNО з ; 1,0 % (об.) HF; 18,8 г СГ20з на 1 л раствора; травление при 60 ос в течение 30 с. Применяется также электролитическое травление в течение 30 с в электролитах такого состава: 50 мл HCl, 20 мл Hz,S04, 150 мл мети­ лового спирта; по 50 % (об.) НС! и Н 2 О.

ОС,

ОС) используют для

-1800

структуры металла шва и ОШЗ. Наиболее ши­ роко

применяется сварка

молибдена и

его

сплавов.

Режимы дуговой сварки молибденовых сплавов

неплавящимся электродом

приведены в табл.

в

аргоне

12.10.

Молибденовые сплавы можно сваривать плавящимся

электродом

при

обратной полярности (табл. лизации

процесса

сварки

постоянном

на

поверхность

либденовой проволоки диаметром сят ионизирующее покрытие

токе

Для стаби­

12.11).

1

мо­

мм нано­

CsCl.

После травления кромки деталей промы­

вают в

воде

и

просушивают;

непосредственно

перед сваркой кромки обезжиривают и обезво­ живают этиловым спиртом или ацетоном.

12.10.

неплавящимсяэлектродом сплавов

Сварка в камерах с контролируемой ат­

на основе молибдена

мосферой выполняется в предварительно очи­ шенном и осушенном инертном газе, вакуум до

Толщина

заполнения камеры 1 . 10 -4 мм РТ.ст. Для луч­

металла,

шей

очистки

перед сваркой

инертного изделий

газа

рекомендуется

Повышению ний

могут

отжиг

и

качества

сварных

способствовать

подогрев

последующий

металла,

сварного

а также

соединения.

Отжиг основного

металла перед сваркой сни­

жает

неоднородности

степень

его

и

напряже­

ния, а в ряде случаев (например, при отжиге в высоком вакууме) уменьшает содержание при­ рекомендуют

вале температур

принимать

875 ... 900

ный нагрев (для молибдена

вольфрама

300... 600

в интер­

Ос. Предваритель­

200 ... 500

ОС, для

ОС), а также сопутствую-

1·10') м/с

Камера, гелий

1,0

65

5,0

55

4,5

180

2,3

Камера, аргон

1,5 1,6

На воздухе, гелий

220'

5,0

2,0

Камера, аргон

270"

4,5

3,2

Камера, гелий

160

3,4

месей внедрений. Так, для молибдена темпера­ туру отжига

ICB' А

мм

предварительные

основного

отжиг

соедине­

Vce, Условия сварки

в течение нескольких

минут проварить титан или цирконий.

Ориентировочныережимы

механизированнойсварки в инеРТНЬ1Х газах

• Диаметр релку

19

корня щва

..

сопла 16 мм; расход гелия: в го­

л/мин; в насадку

14

л/мин, для защиты

14 л/мин.

Сварка с присадочной проволокой.

12.

Глава

158

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Ориентировочные режимы сварки тонколистовых молибденовых сплавов

12.11.

плавящимся электродом

Толщина

Число

металла, мм

проходов

1е ., А

V п ',

Ид, В

1 . 10·1

м/с

3,2

1

470

32

16,8

6,4

2

440

30

14,0

. Скорость Хорошее достигается

VeB'

Диаметр

1 ·10·1 м/с

сопла, мм

8,4

25,4

Расход гелия, л/мин в горелку

в насадку

70

70

перемещения плавящегося электрода.

качество

при

сварных

применении

соединений

Сварные соединения вольфрама при нор­

присадочных

мальной температуре хрупки и весьма склонны

материалов с пониженной чувствительностью

к образованию трещин.

к примесям внедрения. Например, легирование

полняют

металла шва при сварке молибденовых сплавов

новного металла до температуры

ВМI,

ЦМ2,

ЦМ6

рением

в

пределах

46 ...

(мас.) является эффективным средством

50 %

повышения его пластичности. Для легирования используют проволоку МР47, ВП или фольгу из чистого рения. Введение в молибден эле­ ментов-модификаторав

(:::0,06 %

С) и элемен­

тов VШ группы (железо, кобальт, никель, ири­ дий) повышает пластичность в литом и рекри­ сталлизованном чением

зерна,

уменьшает

состояниях снижает

структурную

в

связи

предел и

с

измель­

текучести,

химическую

неод­

нородности по сечению соединения. В сплавах, содержащих углерод, цирконий и титан повы­

шают пластичность

«1 %).

Прочность и пластичность сварных швов

с

Поэтому сварку вы­

предварительным

подогревом

ос­

ос. Что­

;::0:500

бы предупредить образование трещин, детали необходимо сваривать без их жесткого закреп­

ления.

Пластичность

вольфрама

можно

термообработки, температуры

сварных

несколько

соединений

повысить

подразумевающей

после

нагрев до

ОС, выдержку в течение

1800

1 ч,

охлаждение с печью.

Сварка хрома. При нормальной темпе­ ратуре

сварные

соединения

малопластичны.

Временное сопротивление соединений тонко­

листового технического хрома (8 =

1... 2 мм) 279 МПа (прочность основного ме­ талла -372 МПа) при относительном удлине­ нии до 7 %. достигает

Электронно-лучевая

молибдена, как правило, ниже прочности ос­

сварка.

Поверх­

новного металла. Повышают прочность и пла­

ность

стичность

перед сваркой должна быть тщательно очище­

металла

шва

ванной присадки (табл.

применением

легиро­

12.12).

Сварка вольфрама. При дуговой сварке

сплавов на основе вольфрама рекомендуется

свариваемых

шиной 1,5 мм (2,1 ... 2,5) 10-3 м/с.

непосредственно

на. Основным

методом

очистки

молибденовых

сплавов

является

поверхности химическое

травление.

использовать гелий и при менять сравнительно небольшие скорости сварки: для металла тол­

кромок

Хорошие смеси

результаты

фосфорной

и

дает

азотной

разбавленной

водой

до

рекомендуется

проводить

травление

кислот

плотности

1,38) 103 кг/м 3 . Электролитическую

12.12.

Прочность стыковых соединений

молибдена, выполненных сваркой

Куна

испьпаний,

0'.,

МПа

ос

Аргонодуговая мере

в

ка-

неплавящимся

электродом

без

при-

садки

Re

50 %

50

мл соля­

мл серной кислоты), либо в

состоящем

из

50 %

НС 1

и

Н 2 О. После всех способов химической и

электролитической очистки необходимы тща­

тельная промывка в горячей проточной воде,

20

385,9

этиловом спирте и сушка струей горячего воз­ духа.

1000

Тепловложение при ЭЛС молибдена и его

311,6

сплавов при ус. =

То же с присадкой из сплава по

50 %

20

очистку

либо в электролите

мл метилового спирта,

электролите,

Температура

Сварка

(150

ной кислоты и

плавлением

в

(1 : 1), (1,37 ...

8,4 ... 11,2

мм/с составляет

кВт на каждый миллиметр толщины.

20

576,6

1... 2

1000

316,2

деновых сплавов представлены в табл.

Мо и

Ориентировочные режимы ЭЛС

молиб­

12.13.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МОЛИБДЕНА, ВОЛЬФРАМА И ХРОМА

12.13. Ориентировочные режимы

ЭЛС

ре

составляет

дел

Толщина

[ус, мА

Иус , кВ

1,0

70...90

18...20

2,0

100... 120

3,0

200...250

металла,

1 . 10-3

мм

прочности

Мо

м/с

1370

рекристаллизованного

закреплении

Однако

и молибдена

свариваемых

подогрева

при

жестком

и

стыковой

сварке листов различной толщины

предвари­

тельный

снижения

подогрев

узлов

желателен

для

сварочных напряжений и предотвращения хо­

лодных трещин при сварке на больших скоро­ стях. Для получения

швов без подрезов при

сварке на повышенных

скоростях

используют­

ся колебания пучка вдоль направления сварки. Относительное

удлинение

этом ~ 1,5 ... 2,0

%.

Низкая

металла

шва

пластичность

словлена как крупнокристаллической

при обу­

структу­

рой металла шва и 3ТВ и распределением при­ месей по границам кристаллитов, кой чувствительностью

так и высо­

молибдена к поверхно­

стным дефектам. Устранение микронадрезов и царапин

с поверхности

испытуемого

образца

щлифовкой и последующей полировкой позво­ ляет

получать

нения

значение

относительного

металла.

При

3а исключением порошкового материала

8,4

предварительного

деталей.

мм сплава

нивается с прочностью исходного материала.

11,2

Как правило, ЭЛС молибденовых сплавов без

температуре

0,12 ... 2,5

К прочность сварного соединения срав­

соединениях

проводится

комнатной

незначительно отличается от проч­

- 0,5 Ti

ности

свариваемых

при

швов на листах толщиной

16,8

20...22

основного

металла в деформированном состоянии. Пре­

тонколистовых молибденовых сплавов

VCB '

прочности

0,7 ...0,8

159

удли­

-20 ... 130 %.

лученных

марки

МЧВП,

поры в сварных

низколегированных

методом

сплавов,

электрон но-лучевой

по­

или

вакуум но-дуговой плавки, отсутствуют. Нали­ чие

пор

в

первом

случае

неполном раскислении

его

изготовления.

свидетельствует

о

молибдена в процессе

Появление

пор

в сварных

соединениях, полученных на литых и дефор­ мированных сплавах молибдена, свидетельст­ вует о

плохой

подготовке

кромок

к

сварке.

В этом случае последующий переплав металла шва

позволяет

устранить

пористость,

однако

пластичность шва остается на низком уровне.

Сварка

вольфрама

и

сплавов

на его

основе. Сплавы на основе вольфрама удовле­ творительно

тронного

свариваются

пучка.

сварных

Однако

соединений,

с

помощью

высокая

большая

элек­

хрупкость

склонность

к

поро- и трещинообразованию, а также значи­ тельная чувствительность к термическому лу сварки

ограничивают

можности

элс.

8,4 11,2 2 3 кВт

мм/с на

При

технологические

сварке

требуется каждый

на

цик­ воз­

скоростях

тепловложение

миллиметр

до

толщины

вольфрама.

Лучшей свариваемостью

с позиций низ­

Качество сварных соединений

в значи­

котемпературной пластичности обладает сплав

тельной степени определяется способом подго­

ЦМ-I0. Температура хладноломкости сварных

товки кромок к сварке. Твердость холоднока­

соединений

таных листов вольфрама достигает

сплавов

ЦМ-I0,

ЦМ-6,

ТСМ-3,

МЧВП и Мо

50 HRC,

- 0,5 Ti составляет соответственно 250, 280, 330, 450 и 670 К. Легирование метал­

изводить абразивными кругами, что также пре­

ла шва промышленных сплавов рением

в про­

дупреждает образование расслоений и трещин

позволяет значительно улучшить

в свариваемых кромках. Наличие расслоений и

цессе сварки

поэтому резку листов

под сварку следует про­

пластичность сварного соединения. Угол изги­

микротрещин

ба сварных образцов толщиной

мых кромок приводит К плохому формирова­

составляет

180°,

1 мм

стабильно

а прочность металла шва при

Перед очищать

Прочность сварных соединений промыш­ ленных

низколегированных

молибденовых

сплавов при комнатной температуре, как пра­ вило,

ниже

прочности

деформированном

основного

металла

в

состоянии, но равна проч­

поверхностном

слое

сваривае­

нию шва, образованию пор и трещин.

нормальной температуре близка к прочности основного металла.

в

сваркой

поверхность

необходимо

тщательно

свариваемых

кромок

от

оксидов и загрязнений. Для этой цели исполь­ зуют

химическое

щелочах

или

литическую

травление

смесях

кислот,

полировку.

в

расплавленных

а также

Подготовка

электро­

листов

к

сварке включает в себя следуюшие операции:

ности рекристаллизованного металла. Для низ­

погружение в расплавленную щелочь;

колегированных сплавов ЦМ-6 и ЦМ-I0 проч­

погружение

ность металла шва при нормальной температу-

при температуре

873

в расплав гидрита

К;

натрия

Глава

160

12.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

электрополировку

в течение

30

с в

погружение на

5

мин в кипящий рас­

твор КОН; отжиг при

1273

К в течение

1

вызвано

материалов

неодно­

предотвращением ленного

его

паров,

образования

хо­

низкой

пластичностью

хрома

при

комнатной температуре; чистоты

примесей

дуговой плавкой не удается получить высоко­

значительно

качественных

римости,

скоростей ривался

швов

6.. .42

при

сварке

мм/с. Сплав

удовлетворительно.

в

диапазоне

W - 25 % Re

сва­

Наиболее

ста­

бильные по качеству швы были получены на порошковом сплаве

W - 25 % Re - 30 %

Мо

при сварке на средних скоростях.

Подогрев свариваемых листов в процессе сварки

не

оказывает

заметного

влияния

на

свойства сварных соединений сплавов вольф­

рама. Однако он является очень эффективным способом

предотвращения

холодных трещин

при сварке чистого вольфрама. Подогрев лис­ тов в процессе сварки до температуры позволяет

получать

бездефектные

700

К

сварные

соединения на газофазном вольфраме. Реко­ мендуемая температура сопутствующего свар­

ке подогрева колеблется в К.

Если

при

сварке

интервале

700 ...

нелегированного

вольфрама вакуум но-дуговой или электронно­

лучевой

плавкой

подогрев

необходим

при

сварке на любых скоростях, то при сварке по­ рошкового вольфрама он оказывается нужным

только при скоростях, превышающих

8,4

мм/с.

Предварительный подогрев в процессе сварки

не обязателен с позиции улучшения пластич­ ности сварных соединений сплава

W - 25 % Re,

однако он позволяет вести сварку на скоростях

мм/с и значительно снижает чувстви­

тельность этого сплава к гт. Прочность сварного соединения при тем­

пературе

1500

К составляет

прочности

50 %

исходного материала. При температуре> 1725 К прочностные

характеристики

ла и сварного

соединения

Пластичность

различных

основного

становятся

и

его

низколегированных

пряжено с определенными

их

раство­

приводит к образова­

нию кристаллизационных гто

Вредное влияние азота, углерода и кисло­ рода

можно

существенно

уменьшить,

легируя

хром небольшим количеством элементов, обра­ зующих с ним термодинамически соединения.

Легируя

хром

стабильные

редкоземельными

элементами, такими как иттрий, церий, лантан, можно очистить

матрицу

сплава от кислорода.

Титан, цирконий, гафний, введенные в сплав в количестве

0,05 ... 0,25 %,

нейтрализуют вред­

ное влияние азота и углерода. Поэтому при выборе сплава хрома для

создания

сварных

конструкций предпочтение следует отдать низ­

колегированным сплавам (суммарное содержа­ ние легирующих элементов и примесей вне­

дрения не должно превышать

которые

2 %),

свариваются лучше, чем технический хром.

При сварке хрома требуется создавать ва­

куум в камере 2':(6 ... 8) 10·6 мм рт.СТ. Отжиг сварных соединений при Т", снижает

критическую

800

ос несколько

температуру

перехода

металла шва из вязкого состояния в хрупкое.

Сварка давлением. Для тонколистового молибдена применяется контактная точечная сварка

(табл.

Большая

12.14).

прочность

и

твердость металла при повышенной темпера­ туре,

а

также

проводность

сравнительно

создают

высокая

затруднения

быстро изнашиваются

электро­

при

электроды,

сварке:

вследствие

чего возможно загрязнение точек электродным

металлом. Для предохранения шва от загрязне­ ния применяемые электрод и прокладку между

фольги, интенсивно охлаждают. Сварку реко­

Сварка хрома и сплавов на его основе. получения

количествах,

равными.

зон сварного соеди­

жение происходит по линии сплавления.

ЭЛС дЛЯ

что зачастую

в

предел

электродом и изделием, например из титановой

разрушение образцов при испытании на растя­

Применение

внедрения

превышающих

метал­

нения отличается незначительно. Как правило,

хрома

упругостью

в

хрома,

содержанием в хроме промышленной

На нелегированном вольфраме вакуумно­

28 .. .42

высокой

металла

возгонки

достигающей при плавлении 8 . 103 Па;

значно.

1000

расплавления

сильной

лодных трещин в металле шва и 3ТВ, обуслов­

Влияние режимов ЭЛС на качество раз­ вольфрамовых

что

вследствие

ч в ат­

мосфере сухого водорода. личных

сложностью

вакууме

20%-ном растворе КОН;

соединений сплавов

трудностями:

со­

мендуется

выполнять

короткими

импульсами,

чтобы избежать чрезмерного роста зерен. Пе­ ред сваркой необходимо тщательно очистить поверхность детали и протравить ее. Механи­ ческие шаются

свойства точечных при использовании

помещаемых

между

соединений

улуч­

тонких прокладок,

свариваемыми

(из никеля, циркония или титана).

листами

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТ АЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ

12.14.

Ориентировочные режимы точечной

сварки листовых молибденовых сплавов Толшина металла,

Энергия, кВт·с

мм

давление,

электрода,

МПа

мм

1,5

784,8

3,8

1,0

3,5

490,5

5,6

1,5

5,5

392,4

7,4

2,0

8,8

2,5

сварки:

Диаметр

0,5

12,0

Молибден

ным способом с никелем, танталом, коррози­ ков из молибденовых сплавов выполняется в вакууме или защитной среде аргона. Угол за­ нормальной

температуре достигает

900, относительное слоев 40 %.

линение наружных

уд­

Диффузионная сварка проводится в ка­

мерах при вакууме 5 . 10·5 мм РТ.ст. Рекомен­ дуемые параметры режима сварки: для молиб­

дена Т = для

ОС, Р =

1700

вольфрама

t = 15

9,81 МПа, t = 5 мин; 2200 ОС, Р = 9,81 МПа,

Т=

мин. В

связи

с

тем

сварке тугоплавких

что

при

соединения

950 ... 1050 ОС, 10.. .40 мин, вакуум

=

с

спосо­

медью

рекомендуется

промежуточный

слой

с

режима сварки:

Т =

950

проводить

такими

через

параметрами

ОС, Р =

МПа,

15,8

t = 25 ... 30 мин, вакуум 10-4 мм РТ.СТ. Сварка трением. Молибден и вольфрам удовлетворительно

камерах.

Для

вольфрама

свариваются

сварки

в

вакуумных

молибдена

требуются

щения (табл.

высокие

и

особенно

скорости

вра­

12.15).

Для деформированного металла давление осадки должно быть на

больше, чем

30 .. .40 %

для отожженного.

12.5.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ

диффузионной

электронно-лучевым

t

МПа,

14,7 ... 15,8

Композиционные материалы (КМ)

металлов необходима вы­

сокая температура, для них эффективен нагрев зоны

с медью сваривают с исполь­

10·4 мм РТ.СТ. Диффузионную сварку вольфра­

онно-стойкой сталью. Стыковая сварка прут­

при

12Х18Н9Т

параметрах режима сварки: Т = Р =

11,2

соединения

диффузионной

со сталью

зованием прослойки из никеля при следующих

Молибденовые сплавы сваривают точеч­

сварного

режима

1200 ОС, Р = 4,9 ... 9,8 МПа, t = 15 мин, ва­ куум 10·4 мм рт.СТ.; для молибдена с никелем Т = 950 ОС, Р = 6,9 МПа; t = 20 мин, вакуум 10·4 мм РТ.СТ.

ма

гиба

параметры

для молибдена

Т=

9,1

343,4

молибденом и медью и др.). Оптимальны сле­

дующие

Конечное

161

-

это

гетерофазные материалы, состоящие из двух или более компонентов (матриц и наполните­

специальных

кольцевых

пу­

лей),

шек. Процесс диффузионного

соединения

де­

разделенных между собой поверхностями раз­

бом с помощью

различных

талей из вольфрама можно ускорить при мене­

дела.

нием

вещества

промежуточных

прослоек

из

никеля

и

Диффузионные

соединения

химическому

Наполнителями

связей,

других металлов.

по

с

высокой

чаще

всего

энергией

высокопрочные

и

составу

и

являются

межатомных

высокомодульные,

обладают

однако с хрупкими матрицами могут сочетать­

практически теми же свойствами, что и основ­

ся и высокопластичные наполнители. Связую­

ной металл. Тугоплавкие металлы можно сва­

щие

ривать диффузионным способом между собой,

различными:

а также с другими

металлическими или смешанными. В послед­

металлами

(молибден

сталью, титаном, никелем, медью; вольфрам

12.15.

с

или

матрицы,

полимерными,

могут быть

керамическими,

нем случае говорят ополиматричных КМ.

Ориентировочные режимы сварки трением деталей нз молибдена и вольфрама Молибден

Параметр

Линейная скорость вращения, м/с Давление осадки, МПа

6 - 10498

со

компоненты,

деформированный

Вольфрам

отожженный

деформированный

отожженный

9

11

13

18

42

28

38,5

21,0

12. ТЕХНОЛОГИЯ

Глава

162

Основные признаки

СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

КМ сводятся

к сле­

высокая жаропрочность;

дующему:

малая

свойства из компонентов,

КМ определяются

присутствующим

каждым

в материале

в заметном количестве;

КМ имеет свойства, которыми не об­ ладают его компоненты,

компо­

нентов в КМ проектируются заранее; КМ

неоднороден

но однороден

в

высокие

возможность

12.5.1.

Согласно последнему признаку такие ма­

не относятся,

но в то же время

пори стые мате­

риалы, гетерофазные сплавы с однонаправлен­ ной или неориентированной числе

структурой, в том

дисперсионнотвердеющие,

могут

По

только КМ с ме­

матрицами,

соединения

КЛАССИФИКАЦИЯ КМ

морфологии

армирующих

фаз

КМ

нуль-мерные

(обозначение

ох),

или

сти, беспорядочно распределенными в матрице; одномерные

волокнистые

непрерывными

или дискретными

или

личными

упрочняющие ламели, или слои.

наполнителями:

металлами,

керамикой

-

неметал­

соединениями,

в виде непрерывных или коротких

волокон, нитевидных кристаллов (НК) и частиц.

КМ с металлическими матрицами обла­ дают

рядом

другими

неоспоримых

преимуществ

конструкционными

перед

материалами,

предназначенными для работы в экстремальных условиях. К этим преимуществам относятся: высокие

прочность и

жесткость в со­

содержащие

одинаково

жест­

Применяют и комбинированное армиро­

+ 11 + 2 1 + 2 + ОХ -

вание матриц, например: ОХ

упрочнение

частицами и волокнами;

упрочнение

волокнами и слоями;

упрочнение

волокнами, слоями и частицами и т.д. Эвтекти­ ческие

сплавы,

полученные

методом

направ­

ленной кристаллизации, следует отнести к од­

номерным волокнистым КМ

(1)

матрица

или к КМ с

(1 +

ох), если

содержит дополнительно дисперсную

кость (отношение предела прочности и модуля

упрочняющую

упругости к удельному весу: а/у и Е/у);

изолированными включениями вторых фаз

12.16.

фазу;

гетерофазные

сплавы

нуль-мерным (ОХ).

высокий предел усталости;

КМ с металлическими матрицами в сравнении с лучшими металлическими конструкционными материалами

Материалы Сравниваемые характеристики

лучшие

металлические

Удельная прочность ав/у, км Удельный модуль упругости Е/у, км Предел усталости

ции к температуре плавления ТJКСПЛ

/

Тпл

эксплуата-

КМ

20 ... 30

50 ... 70

(2 ... 3)103

(5 ... 7) 103

(0,3 ... 0,5)

Отношение максимальной температуры

2),

ориентированные

комбинированным армированием

четании с высокой вязкостью разрушения; высокие удельные прочность и

волокнами;

двухмерные слоистые (обозначение

представляющие

интерметаллическими

(обозначе­

или упрочненные однонаправленными

1),

собой сочетание металлических сплавов с раз­ лами,

методами

12.16).

упрочненные частицами различной дисперсно­

ние

Здесь рассматриваются таллическими

свойства,

подразделяют на:

рас­

сматриваться как КМ.

демпфирующие

сварки и пайки (табл.

микромасштабе,

таллические, и материалы с покрытиями, к КМ

тепловым

при конструировании и обработке;

макроскопически.

териалы, как слоистые разнородные, или биме­

к

электро- и теплопроводность, технологичность

взятые отдельно;

состав, форма, распределение

чувствительность

ударам, к поверхностным дефектам;

0,4 ... 0,5

ав

(0,6 ... 0,75) 0,8 ... 0,9

ав

-

с к

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ

По распределению армирующих фаз или

163

ниченно смешиваемых компонентов; КМ, по­

схеме армирования можно выделить КМ с од­

лученные в процессах

ноосным

шем такие КМ будут называться композицион­

(однонаправленным),

(плоскостным, трехосным

например

(объемным)

первых

двух

вида

ИЗОтрОПНЫ.

-

видов

двухосным

ортогональным) армированием.

анизотропны,

и КМ

последнего

По размеру армирующих

ными

сплавами.

рующих фаз.

мкм),

<1

например

(размер

волокон

частиц

дисперсно-упрочненные

и

размерным

В

ячейки

или

особенно­

прочность, обусловленные структур­

разделяют следующим образом: диаметр

Отличительными

вень внутренних напряжений и высокая адге­ зионная ным

субмикрокомпозиты

и др. В дальней­

стями естественных КМ являются низкий уро­

фаз или размеру ячейки армирования КМ под­

армирования,

in situ,

соответствием

контакти­

искусственно созданных КМ объеди­

няемые

компоненты

должны

изменять

предположительно

своих

исходных

не

свойств.

сплавы или волокнистые КМ с очень тонкими

Такие КМ называют наполненными (дисперс­

волокнами;

но-наполненные,

микрокомпозиты мирования,

диаметр

щина слоев ванные

бида

частицами,

числе

волокон,

ячейки

частиц

или

ар­ тол­

мкм), например КМ, армиро­

;:: I

кремния,

том

(размер

волокнами

бора

и

Т.д.,

углерода,

кар­

гетерофазные,

однонаправленные

в

эвтектические

макрокомпозиты армирующих

(диаметр

или

тол­

-100

компонентов

мкм),

например медные или алюминиевые матрицы,

армированные вольфрамовой или

стальной

частицы;

содержащие или

армирую­

содержащие

наполнитель в виде волокон). Почти все искус­

тической совместимостью, или способностью сохранять метастабильное равновесие в опре­ деленных

Для

температурно-временных

достижения

интерва­

кинетической Физuко­

химической сов.wестимости

компонентов та­

ких КМ существуют следующие способы: разработка

армирующих

наполните­

лей, химически стойких в контакте с металлом матриц

проволокой.

или

волокнистые,

ственно созданные КМ обладают лишь кине­

лах.

сплавы;

щина

щие

при

высоких

температурах,

например

волокон, НК или частиц из карбидов кремния, титана,

12.5.2. МЕЖФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В КМ Сочетание существенно

в одном

материале

отличающихся

по

циркония,

бора,

оксидов

алюминия,

циркония, нитридов бора, алюминия, кремния,

веществ,

боридов титана и др.; нанесение

химическому

составу и физическим свойствам, выдвигает на

на

армирующие

наполни­

тели барьерных покрытий, например покрытий

первый план при изготовлении и соединении

из

КМ проблему термодинамической и кинетиче­

титана, бора, кремния, нитридов бора, боридов

тугоплавких

ской совместимости компонентов. Под термо­

титана на волокна углерода и бора;

контактирующих

состоянии

фаз

находиться

термодинамического

неограниченное

время

в

равновесия

при температурах

полу­

состава,

Термодинамическая

совместимость

ха­

гафния,

который,

с

одной

стороны, должен

обеспечить прочную адгезионную связь между

компонентами благодаря смачиванию, с дру­ гой,

чения и эксплуатации.

карбидов

выбор металлических матриц такого

динамической совместимостью понимают спо­

собность

металлов,

позволяет

-

ограничивать

химическое

взаимодействие в КМ благодаря образованию

-

рактерна для естественных КМ. В таких КМ

на

наполнитель

тель экранирующих, или барьерных, слоев;

дуктов

формируется

непосредственно

из исходных

в процессе

про­

поверхностях

выбор

изготовле­

ния материала. Режимы этого процесс а (темпе­

временных

ратурно-временные

нентов

ния

исходных

вания

параметры

продуктов,

и охлаждения,

контактирова­

режимы

перемеши­

направленный

вод, пластическое деформирование,

в

раздела

матрица

оптимальных

условий

процессах

наполни­

температурно­

контактирования получения

и

компо­

эксплуатации

КМ.

теплоот­

Длительность контактирования при полу­

термоме­

чении КМ должна быть достаточной для воз­

ханическая обработка и пр.) определяют фор­

никновения

му, дисперсность и распределение наполнителя

не должна приводить

в матрице.

скому взаимодействию, образованию хрупких

К естественным

КМ относят:

правленно-закристаллизованные сплавы;

6*

сплавы

из

на­

эвтектические

несмешиваемых

или

огра-

прочных

адгезионных к

связей,

но

интенсивному химиче­

промежуточных фаз и деградации ских свойств компонентов КМ.

механиче­

Глава

164

12.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Термомеханическую

кинетическую

со­

дыми

вместимость компонентов КМ обеспечивают:

Пуассона, коэффи­

применением

на

промежуточных

армируюших

растворами, интерметаллидными

горячим

слоев и

прессованием

12.5.3.

вах матрицы и наполнителей; том одного

от армирования

в

одном

частиц

или

КМ

слоев,

оксидными

плазменных

полуфаб­

СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА км

смешиваемых

Т.е. соче­

упрочняюших

различающихся

и

Естественные металлические КМ из не­

компонен­

вида к полиармированию,

танию

химических

рикатов).

наполнителях,

уменьшаюших различия в физических свойст­ переходом

продуктами

фазами (КМ такой же композиции, полученный

циентах термического расширения;

покрытий

и

интерметаллидными фазами (напри­

ченный непрерывным литьем) или твердыми

различием в модулях

упругости, коэффициентах

-

мер, КМ «алюминий-борные волокна», полу­

выбором матричных сплавов и напол­ нителей с минимальным

растворами

реакций

волокон,

situ

компонентов

и

композиции

iп

получают методами порошковой металлур­

гии и/или литья. Для изготовления листов или

по размеру,

составу и физическим свойствам;

профилей

изменением геометрии деталей, схемы

из

таких

КМ

проводят

процессы

горячего прессования, про катки или волочения

и масштаба армирования, морфологии, размера

порошковых

и

правленные эвтектические КМ получают мето­

объемной

доли

непрерывного

армирующих

фаз,

заменой

раздела КМ реализуются

прочную

связь

между

металлическими мическое

12.17).

Технология производства искусственных

шесть

изделий, особенно если они имеют сложную

КМ

форму и требуют подготовки кромок для со­

с

единения сваркой, пайкой или клепкой, и, как правило, является многопереходной. Элемент­

матрицами обеспечивает хи­

взаимодействие.

ной основой производства деталей или полу­

Распространенный

фабрикатов(листов,труб,профилей) из таких

вид связи смешанный, представленный твер-

12.17. Виды

связи по поверхиостям раздела КМ При меры

Вид связи

Механическая

Однона­

металлических КМ определяется конструкцией

Наиболее

компонентами

заготовок.

по

и матриц, способов и режимов получения основных видов связи (табл.

литых

дом направленной кристаллизации.

наполнителя дискретным.

В зависимости от материала наполнителя

поверхностям

или

между

компонен-

Стекловолокно, углеволокно

-

полимерная матрица

тами

Смачивание, растворение Образование верхностях

новых

раздела

фаз в

Медный расплав на

по-

-

вольфрамовые волокна

Взаимодействие титана с волокнами бора

Ti + 2В

~

TiB 2

результате

химической реакции между компонентами

Обменные

химические

реакции

Взаимодействие матрицы из титанового сплава, содержащего алюминий, с волокнами бора:

между компонентами

Ti(A1) + 2В

~

Ti + (Ti, Al)B 2 ~ Связь через оксиды

(Ti,

А1) В 2 ;

TiВ 2

+ Ti (Al)

Образование шпинели на поверхностях сапфира

-

раздела

волокна

никелевая матрица:

NiO + Аl 2 О з <=> NiAl 20 4 Смешанная связь, или различных видов связи

сочетание

Взаимодействие волокон бора с алюминиевым расплавом: смачивание, образование раствора

Al(B),

образование про-

дуктов взаимодействия в виде изолированных фаз AIВ'2,

AIB,o, AIB 2

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ

КМ служат так называемые препреги, или лен­ ты

с

одним

слоем

пропитанным сплавами; кон

или

армирующего

или

покрыты м

пропитанные

теля в матрице

волокна

жгуты

воло­

зионной

с покрытия­

и

полуфабрикаты

единением (компактированием) прегов ния,

методами

прокатки

прегов.

пропитки,

или

получают

одними

и

обеспечение

заданного

связи

наполнителем

из

пре­

адге­

и матри­

теми

же

возможность

способами,

полнения

этого

переходными

на многоступенчатый

производства,

существует

целостности

и

исходной

последующей

сварки,

пайки или клепки деталей. Чаще всего для вы­

логии.

со

требования

полуфабрикаты

специальными

концевыми

элементами.

характер

Основные способы получения препрегов,

ряд об­

полуфабрикатов и изделий из КМ с металличе­

щих требований к процессам изготовления КМ:

12.18. Способы

уровня

КМ и режимов компактирования;

прессова­

пакетов

изготавливают

Несмотря

схе­

прочности наполнителя за счет выбора состава

например по порошковой или литейной техно­

технологии

между

сохранение

исходных пре­

горячего

волочения

со­

Иногда и препреги, и изделия из КМ

изготовляют

наполни­

с заданными

цей, а также между матричными слоями;

ми из матричных сплавов.

Детали

армирующего

в соответствии

мой, шагом и геометрией ячейки армирования;

матричными

металлом

индивидуальные

распределение

наполнителя,

165

скими матрицами представлены в табл.

12.18.

получения полуфабрикатов и изделий из металлических КМ

Способы производства

Сущность способа

изделий и полу-

Примеры композиций

фабрикатов КМ

Парогазо-

Нанесение из газовой фазы барьерных слоев, тех-

Покрытия

фазные

нологических покрытий или металлических мат-

боридов,

ричных слоев на волокна, жгуты, частицы

бонильных

из

карбидов,

нитридов,

бора,

волокнах

кар-

металлов

на

углерода,

частицах

Химические

Нанесение на наполнители матричных слоев

и

покрытий из водных И солевых растворов

электрохи-

или

Покрытия из никеля, меди на

углеродных

лентах, НК

мические

Жидкофаз-

Пропитка самопроизвольная или под

ные

металлическими

расплавами

жгутов,

давлением лент,

по-

рошковых пористых преформ; замещивание

дискретных

Алюминиевые

в

мат-

расплавление в литейной форме матричной ком-

с

алюминиевые сплавы

с частицами АI 2 О з ,

TiC,

ричные расплавы с последующим литьем;

сплавы

волокнами бора, углерода,

SiC;

наполнителей

жгутах,

SiC

SiC,

С,

Si з N 4

поненты в виде порошка или фольги, размещенной между наполнителем; плазменное, пыление

электродуго вое,

матриц

на

газоплазменное

наполнители для

на-

получения

ленточных полуфабрикатов; пайка полуфабрикатов Твердофаз-

Горячее прессование, сварка давлением (диффу-

Магниевые, алюминиевые

ные

зионная, взрывом) композиционных порошковых

сплавы

смесей, плазменных и фольговых полуфабрика-

рода, бора; алюминиевые,

с

волокнами угле-

тов; экструзия, прокатка, волочение спеченных и

магниевые

литых КМ

тицами

сплавы

SiC,

с

час-

С, АI 2 О з ,ТiС,

В 4 С; алюминиевые сплавы

со стальной проволокой Твердожид-

Спекание, прессование композиционных порош-

кофазные

ковых

смесей,

плазменных

полуфабрикатов

режимах контактного плавления

в

Аl - Ni - С; Аl - Си AI - Si - С; Аl - Ni - Si -

С; С

Глава

166

12.5.4.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

12.

СВАРКА КОМПОЗИЦИОННЫХ СПЛАВОВ

су относятся композиты типа

Качество сварных соединений естествен­ ных КМ, или композиционных деляется

в

хранения

циальных

этого

первую

очередь

структуры

свойств

и

в

необходимо

сплавов, опре­

возможностью

механических

зоне

сварки.

со­

или

спе­

Исходя

проанализировать

из

возмож­

ные варианты трансформации структуры изго­ товленных ционных

специальными

сплавов

зовавшись

в

методами

условиях

компози­

сварки,

классификацией

по

восполь­

межфазному

взаимодействию составляюших сплавы компо­ нентов при плавлении

В соответствии

и кристаллизации.

первому

классу

с этой классификацией

относятся

КМ,

к

компоненты

которых при плавлении образуют однородную жидкость с ограниченной растворимостью, твердом

состоянии

практически

а в

нерастворимы

друг в друге. В этот класс входят такие компо­ зиты, как

плавлении и шве

Ti - Mg

и др. При

кристаллизации таких

сплавов в

Fe -

Си, Аl

получается

-

Ве,

однородная

гетерогенная

структура с чередуюшимися участками матри­

цы и упрочнителя. Сварка плавлением подоб­ ных

сплавов не

ведет к

существенному разу­

прочнению шва по сравнению с самим КМ. Второй класс составляет КМ, компонен­ ты

которых при

расплавлении и

кристаллиза­

ции обладают ограниченной или неограничен­ ной взаимной растворимостью. К этому классу относятся

такие

АI

Ni - W,

- Si,

материалы,

Со

как

Nb -

W,

Сг и др. При сварке КМ с

-

неограниченной растворимостью компонентов

в шве будут образовываться твердые растворы с плавно изменяющейся от линии сплавления

концентрацией. Прочность шва будет соответ­ ствовать

прочности

твердых

растворов.

При

сварке материала с ограниченной растворимо­

стью компонентов в шве будет присутствовать наряду

с

твердыми

перетектика

-

в

растворами

зависимости

эвтектика

от

или

диаграммы

Аl

-

Ве

Ве,

- Mg, Mg -

W - Си, W - Ag, Nb - Ga и др. При свар­

ке плавленем таких материалов могут образо­ вываться специфические дефекты и развивать­ ся пористость.

К четвертому классу принадлежат компо­ зиции,

компоненты которых

не

смешиваются

ни в жидком, ни в твердом состоянии. Опыт сварки КМ с такими диаграммами состояния показывает, структуру с

что

сварное

расслоением и

соединение

имеет

легко разрушается

по месту сплавления. К данным материалам относятся

Fe -

Си

-

РЬ,

Fe -

РЬ,

Al-

РЬ и др.

Таким образом, все металлические ком­ позиционные сплавы можно разбить на «удоб­ ные» и «неудобные» для использования в кон­ струкциях, где целесообразна сварка плавлени­ ем. Наиболее удобными можно считать КМ, относящиеся ко второму и частично к первому

классам

рассмотренной классификации. Не­

удобными являются КМ третьего и четвертого классов. Эти КМ при сварке резко меняют фа­

зовый состав и морфологию, что не обеспечи­ вает нужного качества соединений.

Технология аргонодуговой сварки. Ар­ гонодуговой сваркой могут быть сварены прак­

тически все КМ, входящие в вышеперечислен­ ные группы естественных металлических ком­

позиционных сплавов. Однако при этом следу­ ет учитывать возможность образования двух

видов

дефектов: образования химической и

структурной неоднородности в

шве и

ОШЗ;

расслоения компонентов в шве.

Исходя из этого сварку необходимо вести с минимально возможной погонной энергией и

при минимальном уровне температуры в ЗТВ. Это позволит сократить размеры участка, где свариваемый металл находится в твердожид­ ком состоянии, свести к

минимуму время пре­

бывания металла около условной линии сплав­ ления

при

высоких

температурах, что

резко

состояния. При сварке однонаправленных эв­

ограничит возможности термической диффу­

тектик имеется возможность обеспечить в шве

зии элемента

направленную кристаллизацию так, чтобы ра­ зупрочнение зоны сварного соединения было

компоненты

класс объединены материалы,

которых

практически

не

взаимо­

действуют при сварке плавлением. Это связано с тем,

что у

плавления

упрочнителя в матрице.

сварку

проводить

посто­

янным током на прямой полярности.

Оптимальные режимы сварки стыковых

минимальным.

В третий

-

Рекомендуется

этих

материалов

тугоплавкого

при температуре

компонента

достига­

соединений

композиционного

сплава

АБМ-l

(композиция Аl

- 30 % Ве - 5 % Mg) при тол­ щине материала 0,8 ... 3 мм находятся в диапа­ зоне скоростей сварки 2.2 ... 10 мм/с. Если ско­ рость сварки <2,2 мм/с, наблюдается неудовле­

ком­

творительное формирование шва, а при скоро­

понента. В связи с этим равновесия двух жид­

сти сварки> 1О мм/с в сварных швах образуют­

ких фаз не может существовать. К этому клас-

ся продольные трещины.

ется

температура

кипения

легкоплавкого

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ

Для сокращения перегрева в ОШЗ реко­ мендуется

сварку

про водить

с

167

Корень шва необходимо также защищать арго­

ном с расходом газа до

применением

5 л/ч.

Сварка без присадочной

медных теплооотводов, располагаемых в непо­

средственной близости от линии сплавления

зволяет

сварного шва.

уровне

получить

0,6 ... 0,7

прочность

проволоки по­ соединения

на

прочности основного металла.

Для достижения равнопрочности шва и основ­

Существенно влияет на качество сварных соединений защита зоны сварки от окисления.

ного металла используют метод сварки с

Одним из методов защиты является автомати­

садочной проволокой.

Режимы сварки пластин толщиной

ческая сварка в камере с контролируемой ат­

мосферой аргона. Перед заполнением аргоном

из сплава АБМ-I

с

камера вакуумируется.

представлены в табл.

при­

2,0

мм

присадочной проволокой

12.19.

крупногаба­

Типичные механические свойства и ударная

ритных изделий и при необходимости ручной

вязкость ан сварных соединений сплава АБМ-I,

сварки используют местную струйную защиту

выполненных без присадки, приведены в табл.

зоны сварки аргоном с расходом газа до

12.20, а

Однако

при

12.19.

изготовлении

1О

л/ч.

при сварке с при садкой

мого материала,

12.21.

Характеристики Режим сварки

Состав

вольфрамовых электродов

про волок

мм

2,0

в табл.

Режимы сварки пластин из сплава АБМ-I с присадочной проволокой

Толщина сваривае-

-

Сила

Длина

Скорость

Скорость подачи

Угол

Притупление,

тока, А

дуги, мм

сварки, мм/с

проволоки, м м/с

заточки, о

мм

1,2

6,6

Cb-АМг6

265

АМБ-1

280

12.20.

1,8

60

1,5

1,5 2,0

Механические свойства сварных соединений сплава АБМ-1, выполненных без присадки Основной металл

Толщина листа, мм

0,8

а., МПа

ан, МДж/м'

500

1,2

480

-

1,5

470

2,0

450

0,8

3,0

420

0,5

12.21.

Сварное соединение а

о

ан, МДж/м'

а., МПа

80

325

50

340

100 -

60

330

45 30

а, о

335

1,6

55

340

1,55

40

Механические свойства сварных соединений сплава АБМ-I, полученных сваркой с присадкой

Толщина

Материал

листа, мм

присадки

1,2

Cb-АМг6

2,0

АБМ-I

Сварное соединение

а., МПа

а., МПа

(с выпуклостью)

(без выпуклости)

440

2,5

а, о

365

-

50

370

1,7

60

375

-

3,0

ан, мдж/м 2

420

1,0

35

1,6

40

Глава

168

12. ТЕХНОЛОГИЯ

Технология ки

(ЭЛ С).

СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

электрон но-лучевой

Сварка

свар­

концентрированными

ис­

легко осуществлять

подачей на отклоняюшую

электромагнитную

систему

трон но-лучевой

точниками энергии, такими как электронный и

лазерный лучи, наиболее рациональна при со­

ных

единении

точниками

металлических

сплавов, упрочненных

Основные сварке

испарением

компонентов

возникающие

лучом, из

связаны

зоны

композиций,

частоты

в

сварки

таких

при

(вдоль

интен­

амплитуды,

Для снижения

магний,

ряющихся

практически всегда сопровождает ЭЛС, интен­

щают

сивное

сваркой. В дальнейшем

ствующем

содержании

их

в

при соответ­

композиции

продольные

концентрации

компонентов

няют

этих элементов

как

ис­

При этом

сварки) колебания,

литий, цинк и др. В условиях вакуума, который испарение

генерируемых

сигналов.

использовать

направления

элек­

определен­

так и

поперечные.

летучих

как

и

сварочной

импульсов

электрических

необходимо

частицами.

трудности,

электронным

сивным

композиционных

пушки

при­

промежуточные между

ляют

вместе

в

зоне

с

приме­

которые

разме­

кромками

перед

вставки,

свариваемыми

легкоиспа­

сварки

эти вставки переплав­

основным

металлом,

изменяя

водит к образованию дефектов внешнего фор­

тем самым химический состав в зоне воздейст­

мирования

вия электронного луча.

в

виде

выбросов

расплавленного

металла из объема сварочной ванны. Устранить или предупредить

Наилучшие

образование

этих дефектов

сложных

можно выбором рациональных

приемов и ре­

стном

Варьирование режимами сварки дефектов виде

для

достигаются

использовании

наиболее при

совме­

продольно-поперечных

колебаний луча и промежуточных вставок.

жимов сварки.

в

результаты

материалов

выбросов

полностью

не

КМ, в составе которых нет легкоиспаряе­

устраняет.

мых элементов,

удовлетворительно

сваривают­

В связи с этим необходимо использовать спе­

ся электронным лучом и без указанных выше

циальные

приемов.

приемы

увеличение

сварочной

сварки,

размеров

ванны,

искусственное

направленные

на

В табл.

и времени существования

перемешивание

снижение

летучих

расплава

и

элементов

в

личивающим

сварочной

время

ванны,

интенсивное

ные

эффективными

приемом,

существования

а

также

перемешивание

и

уве­

риал

(об. доля,

%)

АБМ-I

Толматериала, мм

больших

размер

50Си

риал

прокладки

10

РЬ

размеров,

оптимальны

камерах

а

для

разме­

относительно

толщина

материалов> 10 ...

ях более эффективна аргонодуговая или лазер­

являет­

15

ная сварки.

Режимы ЭЛС некоторых КМ Режим колебаний

Тол-

Уско-

щина продольных

про-

мм. Во всех других случа­

поперечных

кладки,

Частота,

Ампли-

Частота,

Ампли-

мм

Гц

туда, мм

Гц

туда, мм

ряющее

Ток

напря-

луча,

жение,

мА

кВт

Скорость сварки,

мм/с

-

20

6,0

5,0

-

45

5,0

60

4,0

30

5,0

АМг-3

1,0

50

2,0

3,0

50

1,5

-

5,0

60 ],5

-

-

50 4,0

50 3,0

Никель

не­

свариваемых

обеспечивающим

50 Fe40Сц-

которых

вакуумных

2,0

10,0 50 Fe-

Мате-

в

расплава,

12.22. щина

размеры

щения

ся сварка с колебаниями луча, которые можно

Мате-

представлены режимы ЭЛС

ЭЛС применяется для изделий, габарит­

зоне сварочной ванны. Наиболее

12.22

некоторых КМ.

0,5

50

3,0

50

40

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ

Технологня сварка

-

весьма

лазерной сварки. Лазерная перспективное

направление

в

технологии обработки КМ. Сочетание высокой концентрации

процесса

энергии

с

технологичностью

позволяет рекомендовать

этот метод

вающий

металл

чистым

аргоном

169

поверхности

во

шва зашищают

избежание

окисления

и

ухудшения свойств сварного соединения. При­ менять чистый аргон для защиты сварочной ванны недопустимо, так как в этом случае под

сварки для широкого круга материалов различ­

действием

ной толщины. Наибольший эффект достигается

образuа

при

практически не пропускаюшей лазерное излу­

использовании

мошного

излучения

кВт) СОглазеров. Однако в ряде случаев,

(> 1

применение

твердотельных

лазеров небольшой мощности.

над поверхностью

облако

плотной

плазмы,

чение.

Характерной особенностью зависимости

например при изготовлении деталей приборов, целесообразно

лазерного луча

образуется

глубины проплавления от режимов сварки для концентрированных источников в сравнении с

При лазерной сварке не наблюдается рас­

дуговыми

является

увеличение

способности для

проплавляю­

смотренных ранее дефектов типа неоднородно­

шей

более теплопроводных

сти химического состава и выбросов металла

материалов: меди, алюминия, титана и др. По­

из зоны расплава. Однако могут иметь место

гонная энергия при сварке концентрированны­

такие дефекты,

ми

как поры и трещины, часто

источниками

почти

на

порядок

ниже,

чем

ме­

при сварке дуговыми источниками. Это пока­

таллов и сплавов. Выбор оптимальных режи­

зывает целесообразность применения к мате­

мов

риалам

встречающиеся

сварки

и

при

сварке

условий

традиционных

проведения

процесса

позволяет избежать этих дефектов. Сборка соединения перед сваркой из

важных

элементов

с

высокой

температуропроводностью

концентрированных источников нагрева. При

-

один

технологического

про­

цесса. Исходя из особенностей лазерной сварки

этом

достигается

способность при

больщая

проплавляющая

меньшей вкладываемой

по­

гонной энергии, что благоприятно сказывается

и свариваемых материалов соединения требу­

на уменьшении остаточных деформаций в из­

ют специальной подготовки кромок, несколько

делии.

При лазерной сварке материалов, содер­

отличающейся от принятой при сварке тради­ ционных материалов.

жащих

Перед сваркой кромки стыковых соеди­

несмещиваемые

нений должны быть отфрезерованы либо от­

вышающей

шлифованы.

образование

После

механической

необходимо удалить или

резиновыми

очистки

заусенцы

абразивными

поверхности

детали

обработки

при

плавлении

и

кри­

сталлизации компоненты с концентрацией пре­ критические

дефектов

значения,

в

виде

возможно

расслоений

в

напильниками

металле шва составляющих компонентов. Так,

кругами.

для системы

от

жировых

Для за­

свинца

Fe - Си - РЬ с массовой долей >2,5 % в щве наблюдается изменение

грязнений и пыли после зачистки металличе­

морфологии

скими щетками и тонкой наждачной бумагой

располагаются

рекомендуется

ной фазы и медно-свинцовой эвтектики. Проч­

изделий

протирать кромки свариваемых

растворителями.

Непосредственно

ность

компонентов

таких

КМ.

чередующимися

Компоненты слоями

желез­

сварных

соединений

составляет

прочности

основного

материала.

перед сваркой следует обезводить кромки эти­

10... 12 %

ловым спиртом для предотвращения попадания

Разрущение идет по линии сплавления, на гра­

влаги в место сварки.

нице изменения строения КМ.

Допустимые зазоры после сборки сварно­ го

соединения,

сварных

0,1

не

соединений,

мм для толщин

толщин

влияющие

3... 5

1... 2

на

должны мм и

прочность

составлять

0,15 ... 0,2

мм для

мм.

ДЛЯ устранения дефекта такого вида сле­ дует

шов

композиции (в

Сварка практически всех материалов не­ свароч­

ной ванны от окисления. Образование оксидов

нения

при

этом

Си

РЬ реко­

- 10

из никеля. Сборку соеди­

надо

проводить

с

плотным

избежать появления зазоров в стыке. Механические нений,

смесь с азотом, а также небольшие добавки

зиций

аргона (до

табл.

При этом корень шва и осты-

умень­

прижатием кромок небольшим усилием, чтобы

вызывает появление ГТ. В качестве защитного газа можно использовать чистый гелий или его

компонентами,

%) 50 Fe - 40

мендуют прокладки

возможна без использования защиты

20 %).

легировать

шающими расслоение в нем. В частности, для

полученных

Fe 12.23.

Си и

свойства

сварных

соеди­

лазерной

сваркой

компо­

Fe -

Си

-

РЬ, приведены Е

12.

Глава

170

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Механические свойства сварных соединений, полученных лазерной сваркой

12.23.

Материал

Метод

00.,

(об. доля, %)

сварки

МПа

ан,

Примечания

8,%

а, о

мдж/м 2

50 Fe- 50

Си

-

600

7,0

140

50 Fe- 50

Си

Лазерная

590

6,6

120

60 Fe-40

Си

-

700

6,0

140

6,5

До сварки

60 Fe-40

Си

Лазерная

650

5,0

100

5,5

Сварка без при садки

50 Fe - 40

Си

-

400

3,0

120

Си

50 Fe - 40

- 1О - 1О

РЬ

РЬ

160

2,0

До сварки

6,0

Сварка без при садки

До сварки

Сварка со вставкой

80

алюминия

Лазерная

50 Fe - 40

Си

- 1О

50 Fe - 30

Си ~

РЬ

380

2,8

70

350

2,5

100

140

2,0

70

340

2,5

65

Сварка со вставкой никеля

-

20

РЬ

50 Fe - 30 Си - 20

РЬ

-

До сварки

Сварка со вставкой алюминия

Лазерная

50 Fe - 30 Си - 20 12.5.5.

РЬ

СВАРКА ВОЛОКНИСТЫХ И

держащие

высокопрочные

армирующие отнести

металлические

к

волокна

нако при этом возникают трудности с заполне­

КМ,

со­

высокомодульные

или

частицы,

трудносвариваемым

следует

материалам.

Тому имеется несколько причин.

1. нием

Сварка КМ осуществляется

материала

полнитель

или

матрицы.

полностыо

соедине­

Армирующий отсутствует

никеля

ем волокон на длине больше критической, од­

ДИСПЕРСНО-НАПОЛНЕННЫХ КМ

Искусственные

Сварка со вставкой

на­

в свар­

нием стыка матричным материалом и обеспе­ чением прочной связи по границе волокно

В условиях сварочного

11. блема

физико-химической

ской совместимости Влияние сварки

на структурные

расположенных

ния, образующегося

или

вдоль

волокнистых

направле­

КМ), или при­

нагрева про­

термомеханиче­

компонентов формулиру­

КМ можно рассмотреть

поперек

и

ется не менее остро, чем при производстве КМ.

ном щве (например, в стыковых соединениях,

ния армирования

-

матрица.

волокнистого

изменения

в

на примере соедине­

при проплавлении

дугой

КМ поперек направления

арми­

сутствует в уменьшенной объемной доле либо

рования (рис.

при

обладает полиморфизмом (например, алюми­

измененном

распределении

фазы (например,

персно-наполненных рывности

и

армирующей

при сварке плавлением

кода

КМ).

Нарушение

армирования

снижает прочность

соединения

в

зоне

дис­

ний, магний, медь, никель и др.) то в соедине­

непре­

нии

сварки

1-

по сравнению

с

Если металл матрицы не

12.1).

можно

выделить

четыре

основные

зоны:

зона, нагреваемая ниже температуры воз­

врата матрицы (по аналогии со сваркой обыч­

основным КМ и должно быть учтено при кон­

ных материалов этот участок может быть на­

струировании изделий из КМ.

зван основным);

Известны мой

предложения

автономной

сварке

КМ

по так дЛЯ

называе­

сохранения

2-

зона, ограниченная темпе­

ратурами возврата и рекристаллизации металла

матрицы (зона возврата);

3 -

зона, ограничен­

непрерывности армирования (например, сварка

ная

давлением

ления матрицы (зона рекристаллизации);

вольфрамовых

ции вольфрам

-

волокон в компози­

медь с последующим заполне­

нием стыка медным расплавом). Такая сварка

зона

температурами

нагрева

рекристаллизации

выше

температуры

и

плав­

4 -

плавления

матрицы (сварной шов). Если матрицей в КМ

требует специальной подготовки кромок, стро­

являются

гого соблюдения шага армирования и пригодна

других металлов, имеющих полиморфные пре­

лишь дЛЯ КМ, армированных металлическими

вращения, то в зонах

волокнами.

полной или частичной фазовой перекристалли­

Другое

предложение

состоит

в

подготовке стыковых соединений с перекрыти-

сплавы

зацией матрицы.

титана,

3

и

циркония,

4

железа

и

появятся подзоны с

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ

порошков

или

напыленной по

A=------jT

границам

ним

ил

а)

~----'----~T

с

порошковой

появляется

сплавления

межфазным

и

или

пористость

примыкающим

границам,

ухудшаются

только прочностные свойства,

к

не

но и герметич­

ность сварного соединения.

р

В зоне

~-_+_---'-----___1Т

препрегов

матрицей,

171

4

(сварном шве) можно выделить

три участка:

11

участок

примыкающий к оси шва,

4"

где вследствие сильного перегрева под дугой матричного расплава и большой длительности контакта

наполнителя

с

расплавом

полностью

растворяется армирующая фаза;

б)

участок низкой

характеризуется

4"

температурой

нагрева

более

расплава

и

меньшей длительностью контактирования ар­

мирующей фазы с волокна лишь

расплавом. В

результате

частично растворяются в

рас­

плаве;

участок

4 п:

где нет заметного изме­

нения размеров армирующей фазы, но на меж­

фазных

границах

образуются

островки

или

прослойки из хрупких продуктов взаимодейст­

вия, прочность армирующей фазы снижается. При сварке плавлением дисперсно-напол­

в)

ненных КМ в сварном шве удается сохранить формирующий наполнитель, однако он заметно перераспределяется

в

результате

оттеснения

фронтом растущей твердой фазы при кристал­ лизаuии сварочной ванны.

Таким образом, сварной шов при сварке

плавлением КМ становится зоной максималь­

лс Рис.

12.1.

ного повреждения.

Ш. Из-за различия в коэффициентах тер­

Распределение максимальных

температур в зоне сварки плавлен нем поперек

направления движения сварочного источника (о)

и структурные изменения в волокнистом

(6)

и

-

ют

напряжения,

линия сплавления

2.

мирующих

Здесь процессы возврата снимают дефор­

композиционного

упрочнение

при компактировании

напряжений

фазных

Вследствие

матрицы

достигнутое

КМ, понижают уровень

и стабилизируют

границ.

прочнения

матрицы,

вызывающие

разрушение

Введение в матрицу тугоплавких ар­

Изменения свойств КМ начинаются в зо­ мационное

и

нений.

IV. не

наполнителя

маТРИllЫ в сварных соединениях КМ возника­

хрупких фаз и растрескивание сварных соеди­

дисперсно-наполненном (в) КМ:

ЛС

мического расширения (КТР)

структуру меж­

не которого

прочностные

сказывается

армирующих

на

повышает

расплава,

что

однородности

фаз

и

вязкость

отрицательно

распределения

формировании

сварного

шва при сварке плавлением.

разу­

характери­

наполнителей

У. тепло-

Армирующий и

наполнитель ухудшает

электропроводность

металлической

стики КМ в этой зоне могут снизиться, но не­

матрицы

значительно.

сваркой сопротивлением (контактной точечной

В зоне

3

происходят рекристаллизаllИЯ и

или шовной).

рост зерен металла матрицы. Возможно даль­

нейшее развитие межфазного взаимодействия, начало которому было положено производства

КМ,

увеличивается

в

КМ, что затрудняет его соединение

VI.

При сварке КМ с монолитными спла­

вами необходимо учитывать различие не толь­

процессе

ко КТР, но и теплофизических свойств. Резуль­

толщина

татом

этих

различий

является

несимметрич­

хрупких прослоек и ухудшаются свойства КМ

ность изотерм сварки. Такие соединения сва­

в uелом. При сварке плавлением КМ, получен­

ривают со смещением

ных методами твердофазного компактирования

ка,

применяют

источника тепла со сты­

различную

теплоотводящую

Глава

172 оснастку

и

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

12.

жесткие

приспособления,

умень­

шаюшие коробление. Приемлемый соединений

КМ

уровень может

свойств

быть

сварных

достигнут

сле­

дующими способами. Из

1. следует

давлением,

методов

предпочтение

при

подводимой

которых

энергии

вследствие

можно

меньшей

Равнопрочность таких соединений основному

достичь

мини­

КМ

сварки

давлением

должны

или дробление армируюшего компонента.

вающие

сварке

плавлением

способы

и

минимальное

КМ

режимы,

нужно

обеспечи­

тепловложение

в

зону

соединения.

Сварку плавлением следует рекомен­

4.

довать для

соединения

компонентами,

базе

легких

КМ

например

сплавов,

с совместимыми

для

композиций

содержащих

на

керамиче­

ские частицы с барьерными покрытиями. Электродный

5. риал для

или

материал

сварки

или присадочный

промежуточных

плавлением

гирующие

добавки,

должен

мате­

прокладок

содержать

ограничивающие

ле­

раство­

рение армирующего компонента и образование хрупких

КМ, армированные частицами, коротки­ ми волокнами, НК, могут быть сварены встык.

быть выбраны так, чтобы уменьшить смещение При

втором

КМ достигается при выборе соответствуюших способов и режимов сварки, а также сварочных материалов и при условии, что КМ изготовле­

Режимы

3.

во

сварки

методам

в зоне соединения.

предпочесть

соединения;

случае прочность соединения обычно не пре­

соединения

мальной деградации свойств компонентов

2.

жение равнопрочности

вышает прочность матричного материала.

известных

отдать

ния. В первом случае при правильном выборе

способов и режимов сварки возможно дости­

продуктов

межфазного

взаимодейст­

ны методами жидкофазной технологии. Если для изготовления КМ применены методы по­ рошковой металлургии, то в зоне сварки воз­ можно образование участков повышенной по­ ристости (например, у границы сплавления), и прочность таких соединений снижается.

Дуговая

сварка

в

защитных

газах

-

широко применяемый метод сварки плавлени­ ем

КМ с матрицами из химически активных

металлов и сплавов (алюминия, магния, титана, никеля, хрома). Стандартное сварочное обору­ дование оснащают дополнительными устрой­ ствами

для

контакта

с

газовой

защиты

воздухом.

В

зоны

качестве

сварки

от

защитного

газа используют аргон высшего сорта (ГОСТ

10157-73)

или смесь аргона с гелием. Сварку

осуществляют

неплавящимся

электродом

от

источника постоянного тока на прямой поляр­

ности или от источника переменного тока (для

вия в процессе сварки и при последуюшей экс­

разрушения оксидной пленки катодным распы­

плуатации сварных узлов. Например, при свар­

лением, если матрица

ке КМ систем АI

С целесообразно

с присадкой или без нее или плавящимся элек­

применение присадок с большим содержанием

тродом на обратной полярности. Для расшире­

кремния, при сварке КМ Аl

ния

- SiC,

АI

-

А1 2 О з

-

с добавками магния. При

6. КМ

для

нений

сварке смысл

возможностей

из сплавов алюминия)

регулирования

теплового

воздействия сварки целесообразно применение дисперсно-наполненных

достижения

имеет

присадок

-

-

равнопрочности применять

импульсной, сжатой или трехфазной дуги.

Электрон но-лучевая

соеди­

присадки,

со­

шества

-

метода

сварка.

в отсутствии

Преиму­

окисления

и

ва­

керамические

куумной дегазации композиционного расплава,

Волокнистые и слоистые КМ чаще всего

ляющей получить соединения с минимальной

держащие

соответствующие

высокой концентрации энергии в пучке, позво­

частицы.

соединяют нагрузки

внахлестку.

в

Поскольку

нахлесточном

сварном

соединении

осуществляется

существенно

уступающую

передача

или

через

паяном

матрицу,

по прочности

арми­

шириной зоны

плавления

особенно важно при

и ОШЗ (последнее

выполнении соединения

волокнистых КМ в направлении армирования). Для

уменьшения

количества продуктов меж­

рующему наполнителю, для обеспечения высо­

фазного взаимодействия в зоне шва рекомен­

кой

прочности

дуется

шие

перекрытия:

соединений

тия к толшине

применяют

отношение

материала

длины

обычно

боль­

перекры­

>20.

Такие

соединения могут быть дополнительно усиле­ Наряду

возможно

с

нахлесточными

выполнение

соединениями

стыковых

и

угловых

сварных соединений в направлении армирова­ ния

и

реже

-

поперек

направления

армирова-

минимальных

При специальной

подго­

товке соединений возможна сварка с использо­ ванием присадочных проставок.

Сварка лазером. Из-за преимуществен­

ны заклепочными или болтовыми соединения­ ми.

проведение процесса при

погонных энергиях.

ного поглощения энергии лазера керамическим армирующим

наполнителем

велика

опасность

его растворения в сварочной ванне и образова­ ния

хрупких

продуктов

взаимодействия

(на-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

пример карбидных фаз АI 4 С з ,

ных швах КМ А\

Al 4 SiC 4

в свар­

173

Клинопрессовая

сварка.

ДЛя

соедине­

Другие трудности при

ния законцовок из обычных конструкционных

сварке КМ лазером состоят в обеспечении вы­

сплавов с трубами или корпусами из КМ раз­

сококачественной сборки соединения, удовле­

работан способ сварки разнородных металлов,

творительного

уменьше­

резко различающихся по твердости, который

нии пористости. ДЛя защиты зоны сварки от

можно назвать микроклинопрессовым. Давле­

окисления применяют гелий или смесь гелия с

ние

азотом; корень шва можно защищать аргоном.

ских

- SiC).

формирования

шва,

Контактная сварка. Наличие армирую­

впрессовывания

напряжений,

создается

путем термиче­

возникающих

при

нагреве

оправки и обоймы приспособления для термо­

щей фазы в КМ снижает его тепло- и электро­

компрессионной сварки, выполненных из ма­

проводность

териалов с различными КТР. Элементы закон­

рицы

и

ядра.

При

по

сравнению

препятствует точечной

с

материалом

формированию контактной

мат­

литого

цовок,

на

контактную

поверхность

которых

сварке дис­

нанесена клиновая резьба, собирают с трубой

персно-наполненных КМ наблюдают перерас­

из КМ, а также с оправкой и обоймой. Собран­

пределение армирующего

чение

объемной

доли

наполнителя,

частиц

по

увели­

периферии

литой линзы и уменьшение в центре. Эту неод­

нородность связывают с эффектом центрифуги (плотность

алюминиевого

расплава,

частиц

SiC и Al 20 соответственно 2,7; 3,2 и 3,97 г/см\ При

сварке листов различной толщины

или листов из КМ с монолитными листами для того,

чтобы

вывести

ядро

сварной

точки

в

плоскость соприкосновения листов и сбалан­ сировать разницу

в электропроводности

мате­

риалов, подбирают электроды с разной прово­ димостью,

с

обжатием

периферийной

зоны,

изменяют диаметр и радиус закругления тродов,

няют

толщину

плакирующего

дополнительные

слоя,

прокладки.

шовной сварке КМ системы Аl

Так,

- SiC

при

рекомен­

дуют использовать прокладки толщиной из сплавов А\-

элек­

приме­

мм

0,5

3 % Mg, Al- 12 % Si.

Днффузнонная

сварка.

Процесс

прово­

дят при высоком давлении без припоя с нагре­ вом

до

температур,

близких

к

температуре

плавления матрицы, но ниже ее. Так, детали из

боралюминия

сваривают

тейнере при температуре до

20

в герметичном

482

кон­

ОС, при давлении

МПа и выдержке в течение

30 ... 90

мин.

Известны варианты диффузионной сварки дав­ лением

дисперсно-наполненных

алюминиевые сплавы/частицы с

использованием

КМ

А\20з,

SiC,

промежуточных

меди, серебра, сплавов А\

- Li

систем

TiC

слоев

ное

приспособление

дисперсно

обычно

В

плавления

легкоплавкого

наполненных

абразивное

КМ

разрушение

соединения наблюдаются

армирующих

частиц, интенсивная пластическая деформация матрицы

и

рост твердости;

снижение твердости

в

3ТВ

сварки

в результате отжига

-

мат­

ричного сплава. Для достижения равнопрочно­

сти соединения алюмоматричных КМ целесо­ образна последующая термообработка соеди­ нений по режиму старения.

наиболее

металла.

Оправка приспособления имеет больший КТР, чем

обойма.

между

В

процессе нагрева расстояние

рабочими

обоймы

поверхностями

сокращается

и

оправки

выступы

и

(<<клинья»)

резьбы на законцовке впрессовываются в пла­ кировочные слои трубы. Прочность соедине­ ния не ниже прочности матричного или плаки­ ровочного металла.

Сварка

взрывом

при меняется

для

со­

единения листов, профилей и труб из КМ, ар­ мированных

слоями,

металлическими

имеющими

волокнами

достаточно

или

высокие

пла­

стические свойства, чтобы избежать дробления армирующей фазы, а также для соединения КМ с законцовками

из различных металлов и спла­

вов. Прочность соединений обычно равна или даже выше (за счет деформационного упроч­ нения) прочности наименее прочного матрич­ ного

материала,

деталях. ДЛя

применяемого

повышения

в

соединяемых

прочности

соедине­

ний используют промежуточные прокладки из

других материалов. В соединениях обычно нет пор или трещин. Возможно присутствие в пе­ реходной зоне оплавленных участков, особен­ но при сварке взрывом разнородных металлов.

или через жид­

зоне

защитной

от температуры

из

меди, цинка, серебра. треннем.

в

0,7 ... 0,9

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

кую фазу с использованием фольги из сплавов Сварка

нагревают

среде до температуры

1. Шебо

Чернышова П.,

Т.А.,

Панфилов

металлических

расплавов

полнителями. М.: Наука,

2.

Авраамов

Кобелева

А.В. с

армирующими

1993.272

Ю.с.,

Л.И.,

Взаимодействие на­

с.

Шиганов

И.Н.,

Шляпин А.Д. Сварка и модификация поверх­ ности

металлических

риалов. М.: ГИНФО,

3.

композиционных

Сварка в машиностроении:

ник. В 4-х т. Т.

мате­

2002. 120 с.

2/ Под ред. А.И. Машиностроение, 1978. 464 с.

Справоч­

Акулова. М.:

Гл а в а

13

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

13.1.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ

Конструкции,

РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

сталей,

13.1.1. ПРИМЕНЕНИЕ СОЧЕТАНИЙ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ В СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

применяются

боты

отличаются

случаях,

частей

температурой,

особыми

атом но-кристаллическим

комбинированными.

в тех

отдельных

ются

Разнородными принято считать стали, ко­ торые

сваренные из разнородных

называют

Они

условия

ра­

конструкции

отлича­

агрессивностью

среды,

механическими

нос, знакопеременное

строением, Т.е. имеют гране- и объемно-цент­

когда

воздействиями

(из­

нагружение и т.п.). Если

рированные кристаллические (гик-, оиК)-ре­

изготовление

шетки или при надлежат к разным структурным

специальными свойствами нецелесообразно по

классам (перлитные, ферритные, аустенитные), шиеся к различным

ные,

высоколегированные).

сумме до

ших

группам

5; 1О

или> 1О

элементов

приведены

%

группы

няемые в машиностроении. различные

Они

сочетания

содержат

для

В табл.

сталей,

ют

в

при

со

про­

комбинирован­

при меняют

заготовок

13.1

специальную

технологию

из разнородных наплавку

сталей

отдельных

или

частей

требуемым составом. При мер комбинированных

приме­

сварных

свар­

а

конструкций

характеристики

приведен

их

на рис.

13.1,

составляющих

таБЛ.13.2.

Классификация сталей, применяемых в сварных соединениях разнородных сталей

'"с:::

Класс сталей и

" <=;

с:::

сваРОЧIIЫХ

1 1I Перлитные

и

бей-

нитные

111 lУ

У Мартенситные, ферритные,

YI

ферритно-

мартенситные,

ау-

стенитно-мартен-

ферритно-

аустенитные

Характеристика сталей

>-'" с?:;

\1атериа.l0В

ситные,

стали

показателям,

предусматривают

поверхностную

ных конструкций разного назначения.

13.1.

и

сварки

Из них формируют изготовления

из

ный вариант, а при производстве разрабатыва­

легирован­

Сг и других легирую­

соответственно.

основные

ектировании

по типу и степени

(низколегированные,

конструкции

технико-экономическим

а также стали с однотипной решеткой, относя­ легирования

всей

Ст3, сталь

Низкоуглеродистые

Низколегированные

Марки (примеры)

конструкци-

онные

09Г2С,

Низколегированные

30ХГСА, 38ХФ

(Сг

-

Мо и Сг

-

Мо

-

У)

коррозионно-

стойкие

08X13,12X13

Высокохромистые,жаростойкие

12X17,

YIII

12%-ные хромистые, жаропрочные

15Х

Хромоникелевые стойкие

40ХН2МА,

ОН3, ОН6, ОН9

Криогенные 12%-ные хромистые,

40Х,

20ХГСА

15ХМ, 12Х1МФ, 15ХIМIФ

Yll

IХ

1ОХСНД,

среднеуглеродистые

Жаропрочные

20

коррозионно-

15Х25Т,

11 НМФ,

08Х21 Н5Т

14XI7IO

5Х 12ВНМФ

в

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

175 Окончание mаб.7.

'"t::

Класс сталей и

:!:

~~ c~

сварочных материалов

Кислотостойкие

<') -

Аустен итно-ферритные

аустенитные

и

стали

и

сплавы

на

никелевой основе

Марки (примеры)

Характеристика сталей

Х

и

криогенные

Аустенитные жаропрочные

XII

Аустенитные

Xll1

13.1.

Х 18Н20,

коррозионно-стойкие

Х 13AГl9,

и криогенные

06Х23 Н28М3ДЗТ

Жаропрочные никелевые сплавы

ХН67ВМТЮ, ХН70МФ

6)

Виешний вид (о) и эскиз

1- .1ИТОЙ

12ХI8НIОТ,IОХI7Н13МЗТ Х 15Н35ВТ, 20Х25Н20С2

а) Рис.

с

Fe

ХI

/3./

(6)

сварного ротора газовой турбины транспортного двигателя:

BeHeLl из особо жаропрочного никелевого сплава;

2-

кованый фланеu из никелевого СП.lава;

j-вал из стали 12Х1МФ

13.2.

Свойства конструкционных сталей и сплавов Тип стали (сплава)

Характеристика

Ст3

18-8

Температура плавления, ос

1500

1400... 1425

Удельная теплоемкость. кДж/(кг' ОС)

0,42

25-2О

1383 ... 1410

0,50

20-80 1390 0,45 ... 0,63 (в интервале

Коэффиuиент теплопроводности, Вт/(м

16,3

12,6 ... 16,8

. К)

Коэффиuиент

а

40,3

линейного

100 ... 900

ОС)

12,2 (при 100

ОС)

расширения

. 1010, 1/0C при нагреве: от О до 100 ос

12,0

17,3

15,0

11,7

500

13,4

18,5

18.0

13,5

от О до

ос

Электросопротивление

при

20

ос

0,73

0,15

1,24

Ом· ммС/м

820

1100 ... 1150

1406

1300

прочности

2:380

2:550

2:600

2:1000

текучести

2:210

2:200

2:300

2:600

Температура

начала

интенсивного

окалинообразования, ос Предел. МЛа:

Глава

176 13.1.2.

13.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

СВАРИВАЕМОСТЬ РАЗНОРОДНЫХ

температуре

СОЧЕТАНИЙ СТАЛЕЙ

Это

Свариваемость, Т.е. при годность сталей к формированию

высококачественных

соединений, является комплексной

мального

сварных

[стойкость

против

плуатационной ниям

прочности.

типа,

присущая

мых

образования

рассматриваемого

вида,

ее

температуры. родного

свариваемость

неадекватна

ее

изме­

при

происходит

механическим

швов

которые

ано­ прин­

свойствам,

к закалке

их

и струк­

при нормальных

и рабо­

в процессе эксплуатации.

сварке

и

смешивание

циях (см. табл.

наплавке

сочетаний

в

различных

13.1,

пропор­

перлитной стали с аусте­

13.2)

нитной или ферритной либо ферритной с ау­

разно­

стенитноЙ. Получаемый при этом химический

составляю­

состав

шим и требует решения ряда дополнительных самостоятельных

получению состава,

склонности

изменениям

Так,

прочности от времени и

Поэтому

сочетания

к

различных сталей, представленных в табл.

нение во времени обусловливают зависимость их эксплуатационной

по

чих температурах

соедине­

а также

сталей:

турным

Неоднородность сварным

приводит

химического

стабильности,

горячих и холодных трещин (ГТ и ХТ)] и экс­ различного

и структурных

ципиально отличаются от каждой из сваривае­

характери­

стикой, включающей в себя показатели техно­

логической

фазовых

преврашениЙ.

шва

имеет

промежуточные

значения

различную структуру, оцениваемую

проблем с применением спе­

и

по эквива­

лентам хрома и никеля на диаграмме Шеффлера

циальной технологии сварки.

(рис.

Они вызваны сушественными отличиями

13.2).

Металлу

шва,

соответствуюшему

области А, свойственна однофазная аустенитная

сталей по:

структура, весьма склонная к образованию ГТ

химическому составу;

кристаллизационного

по коэффициентам линейного расши-

Шов со структурой А

и

подсолидусного

+

типов.

Ф, Т.е. с аустенитно­

ферритной структурой, при повторных нагревах

рения;

температуре плавления

и теплофизи­

претерпевает

~

охрупчивание

в

результате

врашения феррита в сигма-фазу

ческим свойствам;

28

пре­

(8-Fe ~ cr).

,,~

z~

/

" +

о м

/

'1-~

/

<:

~ 20

?f.

/

().\)

/

v)

/'

./

О

+ 16

v

/'

~

"

о

м

+

i

\\,§:-No

?f.

i

~ ~

4

8

12

(%Сг) = %Сг Рис.

13.2. Схема

16 20 24 28 32 + %Мо + 1,5%Si + 0,5%Nb + %У

36

40

определения структуры в корне шва и отдельных слоях многопроходиого шва с

помощью диаграммы Шеффлера идаиных табл.

13.3. Точкн П н А характеризуют структуру перлитной - структуру при перемешивании сталей П и А

и аустеинтиой сталей соответственно, точка Г

в соотиошении

0,4/0,6,

а отрезок а-в

-

состав кория шва, получениого с участием электрода (точка В)

при колебании его доли в шве. Точки Д и Е

-

соответствуют структуре слоев

электрода, а отрезки в-г и д-е описывают структуру слоев шва с участием электрода состава точки В

2

и

3

2 и 3 без

участия

соответствеино

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

177

Для швов со структурой Ф (феррит) ха­

нестабильностью соединения, в кото­

рактерны рост зерна при высоких температурах

ром продолжаются диффузионное перераспре­

и хрупкость при нормальных. Швы со структу­

деление углерода

+ А,

рами М, М

М

+ Ф,

+

м

А

+Ф

имеют мар­

шим

элементам

тенситную составляющую, вызывающую обра­

формирование

зование ХТ. Это осложняет обеспечение свари­

структуры;

к другим

при

карбидообразую­

высоких

зоны

температурах

переменных

состава

и

и

ваемости при сварке разнородных сочетаний,

образованием после охлаждения зака­

так как различные дефекты возникают не толь­

ленных слоев и внутренних напряжений между

ко в шве, но и в ОШЗ сочетаний каждой стали.

слоями вследствие их различных теплофизиче­

Неоднородность сварного

соединения,

кристаллизации, жения,

химического

их

сложившаяся

вызывает

концентрацию

состава после

внутренние

в отдельных

его

напря­ зонах

ских

свойств;

турной

и

разрушениям

соединения

или

ных соединений инициирует развитие диффу­ зионных процессов, способствующих переме­ щению отдельных атомов в более стабильные с положения,

что

влечет за собой образование хрупких и мало­ прочных прослоек, понижение их длительной

прочности, коррозионной стойкости и агрегат­ ной прочности всего соединения.

Специальная технология сварки позволя­ ет

свести

явления

к

минимуму

путем

структуры

указанные

управления

негативные

формированием

при сварке сталей в разнородных

сочетаниях. При выборе сварочных материалов и

режимов

сварки

применяют

качественные

и

количественные методы оценки сопротивляемо­

сти образованию ГТ и ХТ по ГОСТ

26388-84

и

26389-84. 13.1.3.

При формировании сварочной ванны не­ одинаковы доли участия аустенитной и

СПЕЦИФИКА ФОРМИРОВАНИЯ

температуре их плавления, теплопроводности и

теплоемкости (см. табл.

сплавления

перлитной

правило,

60

и

объема шва соответственно в условиях

40 %

равного теплового воздействия. При затвердевании первых слоев металла

возникает кристаллизационная прослойка, ко­

торая

образуется

свариваемых

из

расплавленных

частей,

перемешанных

объемов турбу­

лентными потоками в ванне. Кристаллизация имеет направленный характер и начинается на

оплавленных зернах перлитной и аустенитной сталей,

играюших роль теплоотводов

и

пло­

ских зародышей. Их рост осуществляется по принципу ориентационного и размерного соот­ ветствия

путем

оседания

атомов

единичного жидкости

или во

группового

впадинах

кри­

различна

роль

легирующих

элементов,

зоны

входящих в состав ванны. Элементы-феррити­

сталей.

заторы (хром, титан, молибден), атомный объ­

Оно имеет место во многих вариантах комби­

ем которых больше, чем железа, способствуют

нированных

не­

росту кристаллитов с ОЦК-решеткой, а аусте­

расплавляемых

с ГЦК-решеткоЙ. Последняя имеет более плот­

заготовок при образовании ванны, что зависит

ную упаковку и большие размеры, отличается

от

от ОЦК-решетки

конструкций

аустенитной

Как

чивает связь шва с основным металлом. При

формирование и

13.2).

аустенитная и перлитная стали составляют

этом

сложно

пер­

литной сталей. Они обусловлены различиями в

сталлической решетки зародышей, что обеспе­

СТРУКТУРЫ В ШВЕ И ОШ3

Наиболее

в

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ВАННЫ

13.1.3.1.

пони­

Высокотемпературная эксплуатация свар­

позиций

струк­

неоднородностей

с

жению его антикоррозионных свойств.

термодинамических

химической,

сварном соединении.

пониженной прочностью, что приводит К ло­ кальным

созданием

механической

и

отличается

сколькими особыми явлениями: различным

объемом

теплофизических

свойств

нитизаторы (углерод, никель, азот, марганец)

свариваемых

сталей;

роста. различием

температур

лей и шва, приводящим стали с пониженной

плавления

ста­

к перегреву в ОШЗ

температурой

плавления

Это

оседанию

одних

передними

девающего при более высокой температуре;

атомы,

сталлизационной» состава

при

прослойки

зарождении

рочной ванне;

«кри­

аномального

кристаллитов

в

сва­

атомов

гранями

концентрируются

переходной,

к

направлением

преимущественному и

отталкиванию дру­

гих. В результате избирательного роста перед

теплотой кристаллизации металла шва, затвер­

формированием

скоростью и

приводит

-

что

лаждению

межфазной

в

при водит жидкого

растущих жидком

к останову слоя,

поверхности,

и

кристаллитов

слое

инородные

роста,

переох­

примыкающего

зарождению

сталлитов с решеткой другого типа. На рис. представлена

микроструктура

к

кри­

13.3

зоны сплавления

]78

Глава

13.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

А

Ni,%

в

30

X15I125M6

20 Х25Н13

XIHH9

10

7,>;:;;: гт ГТ7 ~~ /"1!'7....;~:.;::;.;::;;VMM
Рис.

Расстояние от гр
Микроструктура ЗОНbI сплавления

13.3.

перлитной стали 30Н4МФДА с аустеНИТНblМ

Рис.

швом 08Х20Н9Г7Т (шов с правой стороны), увеличение

600'

C'lpYКl'yp
Схема определения ШНРННbI ХРУПКНХ

13.4.

кристаллизаЦlIOИИblХ прослоек в зоне сплавлення

(а) и схема роста кристаллитов

перЛlIТНОЙ стали с аустеннтным швом

в зоне сплавления (6)

в заВllСИМОСТlI от содержання ннкеля в шве:

А. Б

перлитной стали

с

аустенитным швом,

-

В

под­

-

свариваемые ).1е.\lенты;

ШИРIIна зоны переменного состава;

ХI -Х3 - толщина мартенситной прослойки.

тверждаюшая этот механизм. Столбчатые кри­

содержащей

сталлиты перлитной стали постепенно прекра­

7 % Ni

шают свой рост в аустенитном металле. При этом в зоне сплавления образуется «кристалли­

мартенсита

зационная»

(точка Г), состояшую из кристаллов с ОЦК- и

прослойка,

Т.е.

промежуточный

или

аустенитно-мартенситную

слой сопрягающихся между собой деформиро­

ГЦК-решетками.

ванных кристаллических решеток. Так, в зоне

ма склонен к ХТ. что недопустимо. Повторный

сплавления перлитной и

нагрев

аустенитной сталей

участок кристаллизационной прослойки с со­ держанием

3 ... 12 %

бую структуру

Сг и

2 ... 7 % Ni

имеет осо­

высоколегированного

мартен­

шва

Такой металл хрупок и весь­

при термообработке.

слоев или высокотемпературной

эксплуатации

приведет

выпадению

карбидов

Толщина

переходных

ных прослоек изменяется от зависимости

от

скорости

кристаллизацион­

0,05 до 0,6 мм в

охлаждения

шва,

а

также от степени его аустенитности. Чем выше

распаду

мартенсита.

и формированию

структуры. также отли­

чающейся малой пластичностью. Лрименением плавящегося

электрода

или

присадки

доли участия сталей (см. табл.

изменяют

и регулиру­

1.8)

ют структуру шва. Той же цели служит раздел­

концентрация никеля в шве, тем раньше стаби­

ка

лизируется аустенитная структура с

регламентированным

ГЦК-ре­

к

хрома

аустенитно-карбидной

сита.

выполнении

последующих

кромок

или

их

предварительная

наплавка

с

составом. При электрон­

шеткой и тоньше переходная кристаллизаци­

но-лучевой сварке также возможно регулиро­

онная прослойка от перлитной стали к аусте­

вание

нитной (рис.

накладок, подкладок или подачей проволочной

13.4).

Основной объем затвердевшего металла

состава

присадки

шва

применением

легируюших

в зону сваривания.

шва имеет однородный состав, отличающийся от прослойки. Его конечная структура оцени­ вается

с

Шеффлера,

помощью

Делонга,

структурных

Потака

и

диаграмм

Сагалевича.

Пример такого применения диаграммы Шеф­

флера приведен на рис.

13.2.

Структура пер­

литной стали 12Х 1МФ соответственно ее экви­ валентным значениям элементов

-

ферритиза­

13.1.3.~. ДИФФУ31ЮННhlЕ процЕссы


Наибольшее прочности

и

заны с тем, что при

кой П, а аустенитная

температурой

учетом

их

расплавления

в

соотношении

0,4/0,6 металл шва будет иметь структуру

обеспечении соединения

ся после кристаллизации шва в ОШЗ. Они свя­ высокой

С

в

сварного

имеют спенифические процессы, развивающие­

торов и аустенитизаторов характеризуется ТОЧ­

08X18HIOT - точкой А.

значение

надежности

(Tn.1

=

перемешивании

1500 ОС) и низкой (Тп .·, плавления

промежуточную

металл

температуру

=

сталей с

1400 ОС)

шва

плавления

имеет и

за­

твердевания, но более высокую, чем для одной

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

из свариваемых сталей. Это приводит к тому,

других

что

твердые

на

грева,

свариваемую

сталь

оплавляющего

сварочную

ванну

твердевании

кромки

жидким

щва

и

кристаллизации,

дугового

на­

заполняющего

металлом,

воздействует

грева выше ликвидуса, та

после

при

теплота

а также скрытая

выделяемая

из

за­

тепло­

металла

легирующих

меньше

>1000

пере­

179

и

0

элементов,

растворы

образующих

замещения,

проявляется

лишь

значительно

при

температуре

с.

Такое соотношение

приводит к обедне­

нию углеродом перлитной стали и его сосредо­ точению

в

прилегающих

слоях

аустенитной

шва. Это вызывает дополнительное локальное

стали, содержащей много хрома. Это создает

расплавление

условия

основного

металла,

который

может участвовать в турбулентном

не

перемеши­

для

закалки

образования

вании ванны из-за высокой вязкости кристал­

управляют

лизующегося

температура,

шва у стенок ванны.

Нагрев

стенок

влечет

и

завершенностью

время

последующего

хрома.

Три

этого

пребывания

фактора процесса:

при высоких

за

собой

температурах

границ

зерен,

лерода. Процесс начинается в условиях сварки

их обогащение по законам восходящей диффу­

и получает существенное развитие при повтор­

преимущественное

ванны

металла

карбидов

оплавление

и концентрация

свободного уг­

зии из объемов зерен легирующими элемента­

ных нагревах, при термообработке

ми и примесями в связи с повышенной раство­

температурной

римостью

образованию

элементов

дующая

в жидкой

прослоек обособленно тивно ХТ,

ванных

и

соединения

сталей.

аустенитной, обогащенной углеродом. Кинети­

в ОШ3,

коррозионные средне-

Снижение

и

нега­

ка

ГТ и

закономерностями

свойства

высоколегиро­

такого

перегрева

может быть обеспечено металлургическими технологическими тигается

вводом

высоким

в

ванну

внешних

применением

содержанием

температуру

и

средствами. Последнее дос­

них стоков теплоты,

плавления

никеля, металла

и

внутрен­

электродов

с

снижающим шва

и

свароч­

ной ванны. После образования шетки

по

всему

кристаллической

сечению

шва

ре­

доминирующее

значение приобретают диффузионные

процес­

сы в твердой фазе, протекающие по двум про­ тивоположным

законам:

выравниванию

хими­

ческого состава и восходящей диффузии, обу­ словленной

химическим

сродством

элементов

друг к другу. Последнее при водит к тому, что углерод,

имеющий

малый

диаметр

атома

и

большую скорость диффузии, диффундирует в зоны,

где

имеются

его

концентрация

малоподвижные

элементы.

обезуглерожен­

от ванны создает мик­

на сопротивляемость

жаропрочные

сварного

диффузионных

ных прослоек со стороны перлитной стали и в

таких

неоднородность

влияющую

После­

Он при водит к

межзеренных

кристаллизация

рохимическую

фазе.

и высоко­

эксплуатации.

Главное значение

имеет скорость диффузии

максимальна,

но

карбидообразующие в этом процессе

отдельных

элемен­

тов в объемах с ГЦК- и ОЦК-решетками.

При

роста

толщины

прослоек

в

соответствии

диффузионного

с

процесса

определяется экспоненциальной зависимостью

от температуры и квадратической от времени

выдержки. В координатах Ig<5(7) и <5( Ji ) рост толщины прослоек линиями. создание

<5 отображается прямыми

Результатом

их

зон переменных

развития

является

состава, структуры

и

твердости.

Наиболее заметны результаты цессов

при

измерении

твердости

этих про­

в поперечном

сечении сварного соединения (рис.

13.5).

При

этом обнаруживается зона переменной твердо­ сти

с

минимумом

в

обезуглероженном

слое

перлитной стали и максимумом в аустенитной

стали в результате диффузии углерода к мало­ подвижным

атомам хрома.

Характер

ния твердости имеет три разновидности

измене­ в зави­

симости от степени аустенитности стали (см.

рис.

13.5).

При малом значении Сгэкв!Ni,кв зна­

чения твердости

имеют ниспадающий

харак­

тер, а ширина зоны переменной твердости ми­

нимальна.

При

увеличении

Сг экв !Ni ЭК8 растет

ширина этой зоны. Максимуму Сгэкв!Ni экв соот­ ветствует экстремальный твердости.

В

том

же

характер изменения

порядке

увеличивается

склонность к появлению ХТ, образующихся по

всех температурах диффузионная подвижность

первым

углерода

терпевающим закалку. ХТ такого вида получи­

в

Fe-a

заметно выше, чем в более

плотноупакованнойрешетке

ент диффузии углерода в

Fe-y, а коэффици­ Fe-a выше, чем в

Fe-y, при 900; 755 и 500 ос соответственно в 39; 126 и 835 раз. Диффузионная подвижность

ли

слоям

название

аустенитного

«отрыв»,

что

металла

в

шва,

пре­

макромасштабе

подразумевает отрыв аустенитного шва от пер­

литной

стали (рис.

13.6).

В закаленной

3ТВ

перлитной стали образуются ХТ типа «откол» и «частокол».

Глава

180

13.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

HV 10мкм >--1

400 300 1

200 500 400 300 200 500 400 300 200

ЗТВ

ШОВ Рис.

13.5.

Распределеиие микротвердости в зоие

сплавления среднелегироваииой Сг

- Ni -

Рис.

Мо

13.6. Микроструктура зоны 1 -1) перлитной стали n с

(линия

стали с аустеиитным швом, полученным

сплавления аустенитным

швом А на участке ХТ типа «отрыВ», проходя щей

аустенитными сварочными проволоками

с различным соотношеиием Сг ж • / Ni ж .:

преимуществеино по аустенитной стали (о) и

/ - Св-09Х 16Н25М6АФ, Сг". / Ni,.. = 0,8; 2 - Св-04Х 19Н 11 М3, Сг ж , / Ni,," = 1,8; 3 - 08Х 19Н9Ф2С2, Сг", / N i ж, = 2,2

с четко выраженной границей зерна иа фоие

микроструктура центра аустенитного шва

деидритной структуры

Принято считать, что минимизация ши­

рины зоны

переменной твердости до

(6).

Увеличение

600'

стали, поскольку углерод в такой стали не свя­

0,15 ...

зан в термостойкие карбиды. Важно отметить,

мкм позволяет устранить склонность к хт.

что этот процесс протекает не только при сварке

Это объясняется снижением объемного напря­

и термообработке, но и при высокотемператур­

0,25

женного

состояния

в

сверхтонких

закаленных

Второй негативный результат диффузион­ ного

ной эксплуатации соединений, что при водит к увеличению его ширины. В обезуглероженном

слоях.

перераспределения

образовании

элементов

состоит

в

малопрочного обезуглероженного

слоя со стороны перлитной стали (рис.

13.7).

слое при этом укрупняется зерно, падает проч­

ность и возможно разрушение при длительной эксплуатации

вследствие

развития

высокотем­

пературной ползучести. В легированной стали,

Наибольшие степень и глубина обезуглерожи­

где

вания наюблюдаются при сварке углеродистой

обезуглероженный слой менее развит.

Рис.

13.7.

углерод связан

в

термостойкие карбиды,

Обезуглероженный «мягкий» слой в зоне сплавления углеродистой стали с

12%-ным хромистым щвом (щов слева, сталь справа). Твердость обратно пропорциоиальна

диагонали лунок, образованных твердомером. Увеличение

600'

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И

13.1.3.3.

При этом режимы термообработки назначают

ПОСЛЕСВАРОЧНАЯ ТЕРМООБРАБОТКА

по наиболее легированной стали, входящей в

На этапе охлаждения сварного соедине­

ния

после сварки, термообработки

181

разнородное сочетание.

Таким образом, сварные соединения раз­

или экс­

плуатации характерно аномальное возникнове­

нородных

ние напряжений вследствие различия темпера­

изменяющуюся

турных коэффициентов линейного сокращения

структурную и механическую неоднородности,

(рис.

В

13.8).

растягивающие

значительно

аустенитной

большее

эпюры

(см. табл.

остаточных

сварке перлитной

возникают

так как она имеет

уменьшение

сравнению с перлитной этому

стали

напряжения,

объема

13.2).

напряжений

стали перлитными

стенитными сварочными

материалами

сталей

могут во

иметь

значительную

времени

химическую,

наиболее сильно выраженные при сварке пер­ литной стали с аустенитной или наплавке. Минимизация

по

указанных

видов

неодно­

По­

родности и обеспечение свариваемости дости­

при

гаются

обоснованным

выбором

сварочных

или ау­

материалов, способов и режимов сварки и тер­

принци­

мической

обработки

с учетом жесткости со­

пиально отличаются. Эти напряжения в боль­

единений, температуры эксплуатации и агрес­

шинстве случаев не могут быть сняты термо­

сивности среды.

обработкой и создают опасность как разруше­ ния, так и изменения размеров конструкции

во

времени. Нецелесообразность термообработки

РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРНЫХ КЛАССОВ

соединений с аустенитным швом обусловлена

13.1.4.1.

развитием диффузионных процессов обезугле­ роживания

и

охрупчивания

отдельных

зон

со­

единения, а для швов с аустенитно-ферритным швом

-

охрупчивание

шва

в

результате

пере­

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ

13.1.4.

КОМБИНИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ СТАЛЕЙ

ВЫБОР СПОСОБОВ И РЕЖИМОВ СВАРКИ

Одна из причин пониженной свариваемо­ сти сочетания перлитной

лей

образование

-

и

аустенитной ста­

хрупкого

мартенситного

хода ферритной фазы в хрупкую а-фазу. Лишь

слоя или карбидной гряды в объеме переход­

для

ной кристаллизационной прослойки, у которой

швов, эксплуатируемых при

высоких тем­

пературах и в агрессивных средах, необходимы

уровень легирования металла снижается,

(см. гл.

ближаясь к перлитной стали. Образование этой

лизация

10) аустенитизация (1150 ОС) и стаби­ (850 ОС). Напротив, для соединений с

прослойки

объясняется

ухудшением

при­

переме­

перлитным низколегированным швом, а также

шивания

для

слоях. При небольшом запасе аустенитности

швов

с

мартенситно-ферритным

швом

жидкого

металла

в

при стен очных

требуются подогрев и отпуск для предотвра­

металла шва толщина этой прослойки может

щения ХТ и повышения пластичности металла.

достигнуть критической величины, при кото­ рой происходит хрупкое разрушение сварного

-<:«-_ .• ...,е"'р"'л"'ит'-'-_ _-t--,-,,,,,,<:тенит

соединения.

Поэтому при выборе способов и режимов сварки

отдают

которой

предпочтение

толщина

технологии,

кристаллизационной

при

про­

слойки минимальна. Этого достигают следую­ щими

методами:

применением

высококонцен­

трированных источников тепла (электронный луч, лазер, плазма); разделкой кромок или их

наплавкой

участия

I

.... ....

/

(рис.

сталей;

13.9),

уменьшающей

выбором

долю

режимов сварки

с

минимальной глубиной проплавления, перехо­

/

дом к дуговой сварке в защитных газах, обес­ печивающей

интенсивное перемешивание

ме­

талла ванны.

-<1 Рнс.

13.8.

Преимущества сварки комбинированных

Распределенне остаточных напряженнй

в сварном стыке труб нз разнородных сталей

после отпуска прн

650 ОС:

<1ч> - окружные; <1 н - изгибающие;

't -

касательные напряжения

конструкций в защитных газах связаны с по­ вышением талла, и,

температуры

снижением

соответственно,

щения,

что

расплавленного

поверхностного интенсивности

вызвано

ростом

ме­

натяжения его

переме­

приэлектродного

Глава

182

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

13.

400 /::,

300

Рис.

200

\

100

'<..: N

Схема комбииироваииой иаплавки

13.9.

углеродистая сталь;

стабилизированный слой;

4-

2-

3-

о. z.;.

10

О

свариваемой кромки:

1-

1

"'-

20

30

40

50 NI, %

а)

перлитный

аустенитный слой;

аустенитная сталь

падения напряжения сварочной дуги и увели­ чением кинетической энергии переноса капель электродного металла

и

плазменного

потока

в

дуге.

Добавление в аргон кислорода, азота, уг­ лекислого газа усиливает отмеченные преиму­

щества. Добавки кислорода повыщают темпе­ ратуру

ванны

термические

реакции.

В

снижается

также

тем,

что

вызывают

экзо­

б)

окислительно-восстановительные

результате

отмеченных

уровень структурной

и

явлений

механиче­

ской неоднородности в зоне сплавления пер­

литной стали с аустенитным швом.

Рис.

варианте, Т.е.

рочной

зависит

от

температуры

плавления металла шва. Это достигают увели­

I -

3-

без подогрева;

менение таких электродов является наиболее мероприятием

и

при

сварке

под

2-

подогрев до

500

ОС;

обезуглероженная прослойка в углеродистой

стали, подогрев до

4-

550 ОС, выдержка 1000 '1; 650 ОС; 5 - науглероженная аустенитном шве, подогрев до 650 ОС, выдержка 1000 '1

то же, подогрев до

прослойка в

чением никеля и марганца в составе электрода,

снижающим температуру его плавления. При­ радикальным

(6)

н сталн

в металле шва:

получают в противоположном

что

20

12Х18Н10Т при увеличении содержания никеля

при снижении температуры сва­

ванны,

Сннжение толшины

прослоек в зоне сплавлення сталн

При ручной дуговой сварке положитель­ ные результаты

13.10.

кристаллизационных (о) н днффузионных

[r,

О/О

20

флюсом, одновременно уменьшающем ширину

кристаллизационных и диффузионных просло­ ек (рис.

15

]3.] О).

При сварке под флюсом перемешивание ванны также может быть автивизировано уве­

''""

'f::"

10

БОмкм

":!:

""'"

"

.",

личением силы тока, напряжения или скорости

сварки. Однако рост этих параметров при водит к

неблагоприятному изменению схемы

кри­

сталлизации (увеличению угла срастания кри­ сталлитов), что

повышает риск

образования

5 О

'":t:

''""

'-'

:>:"

"":t:'"

'"f::

""

I---i

~ J

х

ГТ. Скорость сварки, как правило, не должна превышать нитному наличие

25

М/Ч. Интенсивному электромаг­

перемешиванию шунтирования

ванны

препятствует

магнитного

литной сталью, а также нарушение

защиты.

поля

пер­

шлаковой

В этом процессе весьма эффективен

ввод внутренних

стоков теплоты

дающей присадки (рис. щей температуру ванны.

]3.] ]),

в виде охлаж­

Рис. 13.11. Уменьшеllие ТОЛШИIIЫ слоя nepeMeHlloro состава О при вводе в ваниу Вllутренних стоков теплоты в виде охлаждаюшей присадки при сварке под флюсом стали

30Н4МФДА при равном расходе злектрода и

присадки типа Св-08Х20Н9Г7Т:

также снижаю­

I -

2-

сварка без присадки;

сварка с присадкой по схеме

3

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

ВЫБОР СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

13.1.4.2.

турой наплавленный металл легируют элемен­

тами, снижающими диффузионные процессы

При сварке перлитных сталей с аустенит­

при

ными максимальны все виды неоднородностеЙ.

Выбор сварочных

материалов должен

чить образование трещин различных обеспечить

эксплуатационную

сварных соединений. сварочные композиции

видов и

наплавленного

металла

Т.е.

Х 15Н25АМ6,

0,2 ... 0,3 % N 2 •

межзеренного талле

получить с

Мо и

6 %

температурах,

типа

при

проскальзывания

сварке,

повышая

ность в температурном

таким

применяют

содержащие

Они препятствуют

развитию высокотемпературной

надежность

позволяющие

высоких

электроды

исклю­

Применяют аустенитные

материалы,

183

ползучести и в твердом

при

этом

ме­

пластич­

интервале хрупкости, а

компенсировать

значит предотвращают образование ГТ. Более

участие в щве перлитной стали и гарантирован­

сложный вариант технологии необходим при

но обеспечить в высоколегированном

сварке жестких узлов из аустенитной и средне­

запасом

аустенитности,

чтобы

шве или

наплавке аустенитную структуру (см. табл. Применив

Х 15Н25 (точка

слое

высоким

запасом

с

8

1

в корневом

электрод типа

аустенитности

на диаграмме) в соотношении

указанному

выше

расплаву,

1.8).

можно

50150

к

При

стали

в

нем

слоя

2

50 %

возможно образование ГТ, а в верхних

-

ХТ типа «отрыв» и «откол».

содержащими до

со стороны основной

металл (точка П) и корень шва (отрезок а

- 6),

образуя ванну состава точки д, а также входя­

8),

класса,

8

этом

60 % Ni

и

15 %

Мо.

Указанные электродные материалы с од­

участвуют

ший в нее электрод (точка

мартенситного

слоях

13.2).

формировании

перлитной

стали

когда в корневых слоях из-за разбавления до

случае корневые слои выполняют электродами,

получить

требуемый металл шва со структурой аустени­ та: отрезок а-б (см. рис.

углеродистой

нофазной аустенитной структурой шва приме­ няют и при сварке перлитных сталей с термо­ упрочняемыми

жаропрочными

аустенитными

сталями и никелевыми сплавами.

В большинстве таких случаев при сварке

что в сумме соз­

дает металл слоя со структурой 6 - г, соответ­

перлитных

ственно доле.Й их участия. Аналогично слой

стенитных сталей группы 1Х применяют дру­

со

стороны

аустенита

характеризуется

3

отрез­

ком е-д.

гой

-

запас

аустенитности

металла

шва позволяет предотвратить образование ма­ лопластичных

участков

с

мартенситной

термически

неупрочняемых

ау­

аустенитно-ферритный электрод, обра­

зующий

Большой

и

в

наплавленном

металле

ферритной фазы и допускающий до

10... 12 % 30 % долю

участия перлитной стали в металле шва. При

или

смешивании материала электрода и расплава в

карбидной структурой в корне шва и слоях,

том же соотношении будет получен шов, со­

примыкающих к перлитной стали в условиях

держащий

неизбежного колебания долей их участия. Од­

чит образование

нако в этом случае будет характерна высокая

толщину кристаллизационной прослойки. Та­

дельта-феррита, что исклю­

4 ... 6 %

ГТ,

но несколько увеличит

склонность к возникновению ГТ в однофазном

кой вариант технологии допустим при сварке

аустенитном

аустенитных

металле

шва,

образующихся

по

границам зерен, сформированных в результате миграции (см. рис.

13.6,6).

Для их предотвра­

шения в швах со стабильно аустенитной струк-

13.3.

11 - 111),

сталей

с

содержащими

перлитными

(группы

активные карбидообра­

зователи для ограничения диффузии углерода, либо весьма

малое количество

углерода,

Выбор композиции наплавленного металла и термообработки для сварки сочетаний

перлитных, мартенситных и ферритных сталей с аустенитными сталями и сплавами Группы свариваемых сталей (см. табл.

I +

Х

-

ХН

11 + Х - XI1 III + Х -

ХН

IV + Х -

ХIII

у

что

+ Х - XI1

13.1)

Предельная температура

эксплуатации. ос

350 400

Композиция наплавленного

Термическая

металла

обработка

Э-11ХI5Н25М6АГ2 Э-27Х 15Н25ВЗГ2БП

Э-08Х 15Н60Г7М7Т

580

Э-08Х14Н65М1584Г2

<650

Э-08Х14Н65М1584Г2

Не требуется

Отпуск

Не требуется

Глава

184

13.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

достигается его частичной заменой азотом. Для

слоя, при которой проводится предваритель­

сварных

высо­

ный или сопутствующий подогрев, обеспечи­

применение

вающий необходимую скорость охлаждения, с

ких

узлов,

эксплуатирующихся

температурах,

необходимо

при

высоконикелевых электродов (типа ХН60М швы

которых

теплосмен

хорощо

работают

в

15),

последующим отпуском для устранения закал­

условиях

ки. После этого детали из перлитной стали с

из-за равенства коэффициента ли­

нейного расширения с перлитной сталью (см. табл.

Этими

13.2).

электродами

дефекты литья сталей групп

и

IV

заваривают

V

без после­

наплавленными

сваривают с

аусте­

последней согласно рекомендациям, данным в

гл.

7 - 9.

дующей термообработки. сти

кромками

нитной сталью на режимах, оптимальных для

Во всех случаях сварки разнородных ста­

При недостаточности или неприемлемо­

лей

указанных

уровень водорода в шве, зависящий от длины

прибегают

к

технологических

сварке

проставки

или

параметром

процесса

является

к

дуги и температуры прокалки электродов. Во­

предварительной, в том числе комбинирован­

дород вызывает пористость щвов и способст­

ной (см. рис.

вует развитию зародышей всех указанных вы­

13.9)

через

вариантов

важным

наплавке кромок перлитной

стали аустенитным металлом с последующей

ше типов

сваркой таких

необходимо

заготовок аустенитно-феррит­

ХТ

в закаленных применять

зонах.

Поэтому

низководородистые

ными сварочными материалами с регламенти­

электроды с основным покрытием и флюсы на

рованным количеством 8-Fe (2 ... 6 %).

фтористо-кальциевой основе.

При сварке кислотостойких и жаропроч­

Другое

ных высокохромистых ферритных сталей (груп­

структурных

па УIII) с аустенитными (группы ХI

сварка перлитных и высокохромистых сталей.

принципиально возможно

-

ХIII)

применение как ау­

При

сварке

сочетание классов

сталей

в сварных

перлитных

разнородных

конструкциях

сталей

с

-

12%-ными

стенитных, аустенитно-ферритных, так и высо­

хромистыми сталями необходимо предотвра­

кохромистых электродов, поскольку при пере­

тить образование мартенсита

мешивании в ванне указанных сталей с элек­

развитие диффузионных прослоек при отпуске

тродным

и

40 % ру,

металлом

при

доле

его

участия

до

металл шва сохраняет такую же структу­

как

и

тродами.

ос

>500

у

В

наплавленного

ХТ,

а также

эксплуатации.

При

выборе сварочных материалов следует исклю­

элек­

чить образование хрупких переходных участ­

эксплуатации

ков в зонах перемешивания сталей. Для обес­

указанными

случае температур

высокотемпературной

и

предпочтительны высокохромистые

печения наибольшей пластичности шва приме­

электроды. При эксплуатации в условиях тер­

няют сварочные материалы перлитного класса

моциклирования необходимо сваривать ука­

(табл.

занные сочетания сталей аустенитными элек­

стках со стороны высоколегированной стали,

тродами на

содержащих до

никелевой основе, поскольку их

13.4).

В этом случае в переходных уча­

5 %

Сг, сохраняются высокая

коэффициент линейного расширения близок с

пластичность,

высокохромистой сталью. Для удовлетворения

прочность соединения в целом. Для снижения

требований жаростойкости шва следует при­

размеров диффузионных прослоек перлитный

менять

наплавленный

металл

определенным

количеством

хрома

электроды

(25 ... 27 %)

позволяет их

с

высоким

содержанием

и никеля

(12 ... 14 %), эксплуатировать при 1000 ос.

что

упомянутых

сталей,

а

также

должен

длительная

легироваться

более

активных,

чем хром, карбидообразующих элементов. При

При неагрессивных рабочих средах со­ единения

вязкость,

подвергаемые

сварке деталей больших толщин целесообразно электродами типа Э-ХМ делать наплавку на

термообработке, могут быть выполнены элек­

кромки высоколегированной стали, а разделку

тродами типа Х 15Н25АМ6, которые допускают

заполнять

значительное

ме­

Э-42 или Э-50 в зависимости от требований

таллом без образования гто Если термообра­

прочности перлитного шва. Температуру пред­

ботка невозможна, рекомендуется облицовка

варительного подогрева и отпуска определяют

кромок закаливающихся

по характеристикам более легированной, Т.е.

перемешивание с

основным

сталей

электродами

на никелевой основе. Еще

один

вариант

без

подогрева

электродами

типа

12%-ной хромистой стали, но для уменьшения технологии

преду­

размеров диффузионных прослоек применяют

сматривает предварительную наплавку на пер­

отпуск при минимально допустимой темпера­

литную

туре.

закаливающуюся

сталь

аустенитного

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ

13.4.

185

Выбор композиции наплавленного металла и термообработки для сварки сочетания перлитных сталей с мартенситными, ферритными и аустенитно-ферртиными

Группы свариваемых сталей (см. табл.

13.1)

Предельная

Композиция наплавленного

Температура

температура, ос

металла

отпуска, ос

Хромомолибденовая

1, 11 + YI,

УIII

Св-08ХГСМА,

(Э-09Х1М,

300... 350

Подогрев, отпуск

650 ... 680

Св-08ХМ)

1, 11 + 111, IУ

У"

IУ

+

+

Э-08Х24Н6ТАМФ

300

У"

У1, У1I1

Э-09Х 1МФ, Св-08ХМФА

400 .. .450

При сварке перлитных сталей с более вы­ соколегированными

хромистыми

группы УН, содержащими меняют

электроды

сталями

17 ... 28 %

Сг, при­

аустенитно-ферритного,

а

также аустенитного класса. Однако при этом следует ную

учитывать

вышеописанную

неоднородность

нитного шва и

в зоне

700 ... 740

Э-1 ОХ25Н 13Г2

следует

аусте­

перлитной стали. Термообра­

ботка в этом случае не требуется.

(рассчитывать)

тельно к более легированной дации

по

сварке

различных

при мени­

стали. групп

Рекомен­

перлитных

сталей в пределах одного класса приведены

табл.

в

13.5. При невозможности подогрева при сварке

структур­

сплавления

выбирать

650 ... 700

производят наплавку кромок более легирован­ ной

стали

Э-42А.

с

подогревом

электродами

типа

Толщина наплавленного слоя должна

быть достаточной, чтобы более легированная

13.1.5. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ КОМБИНИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ из РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ ОДНОГО

легированием,

стали,

отличающиеся

сваривают

чтобы не создавались условия для закалки. При сварке различных сочетаний высоко­

СТРУКТУРНОГО КЛАССА

Перлитные

сталь не нагревалась до температур Ас\, т.е.

электродами,

лишь приме­

хромистых мартенситных (с ных (с

28 %

12 %

Сг), феррит­

Сг) и ферритно-аустенитных ста­

няемыми для менее легированной стали, если к

лей типа Х21 Н5 выбор сварочных материалов

швам не предъявляется

и технологий должен исключить образование

требований

повышен­

ной прочности или особых свойств жаропроч­

ХТ и хрупких участков в швах. Режим подог­

ности,

характерных

рева назначают по наиболее закаливающейся

Однако технологиче­

стали, с немедленным отпуском, без полного

коррозионной

стойкости,

для более легированной. ские режимы сварки и

13.5.

температуру

подогрева

охлаждения. Для этого применяют сварочные

Выбор композиции наплавленного металла и термообработки для сварки разнородных перлитных сталей

Группы свариваемых

Композиция

Температура

Термическая

сталей

наплавленного металла

эксплуатации, ос

обработка, ос

(см. табл.

13.1)

1+ 11 1 + 111, 1 + 111+111

Не требуется

Низкоуглеродистая

У

±60 Низколегированная Аустенитная на железной основе

I+IY

У+У

Низкоуглеродистая

До

350

Хромомолибденованадиевая

До

450

Аустенитная на железной основе Аустенитная на никелевой основе

-(50 ... 100) >-100

Отпуск 630 ... 650

Не требуется Отпуск 670 ... 700

Отпуск

620

Не требуется

13.

186

Глава

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

материалы

ферритно-аустенитного

сварку с минимальной

как

высокохромистые

склонны

к росту

стали

зерна,

чиванию соединения.

класса,

печивающими в шве

в

3ТВ

приводящему

4 ... 6 %

ферритной фазы.

Однако при сварке различных стабильно-аусте­

погонной энергией, так

весьма

нитных коррозионно-стойких сталей, как пра­

к охруп­

вило, не допускается в швах наличие феррит­ ной фазы.

После окончания термо­

Необходимо применять сварочные

обработки необходимо ускоренное охлаждение

материалы, обеспечивающие получение швов с

для предотвращения

однородной

(см. гл.

475-градусной

хрупкости

ГТ,

Возможна также сварка аустенит­

9).

что

аустенитной

достигается

структурой

легированием

без

молиб­

ными электродами. Однако при этом термооб­

деном,

работка не снимает полностью сварочные на­

Св-04Х 15Н25М6Г2АФ. ДЛЯ сварки аустенит­

пряжения

ных сталей, обладающих особо высокой жаро­

из-за

различия

линейного расширения талла.

Рекомендации

шва

по

в

коэффициентах и

основного

выбору

марганцем

прочностью (до

ме­

и

\ 000

азотом,

например

ОС), при меняют электро­

ды, дающие наплавленный металл с аустенит­

композиций

наплавленного металла и термообработки при

но-боридной или аустенитно-карбиднойструк­

сварке высокохромистых сталей

в

турой, образующейся при высоком содержании

\3.6.

в

При выборе материалов для сварки аусте­

Термообработка сварных соединений указан­

нитных сталей различного легирования главное

ного типа проводится только при необходимо­

требование

сти снятия остаточных сварочных напряжений.

табл.

-

приведены

исключить образование ГТ кри­

шве углерода, ниобия и титана или бора.

сталлизационного и подсолидусного типов (см.

Этого

рис.

850

]3.6, 6),

а также не допустить локальных

достигают стабилизацией при

800 ...

ОС. Если конструкция предназначена для

разрушений и снижения коррозионной стойко­

работы при высоких температурах, то предпоч­

сти. Сварку сталей с малым запасом аустенит­

тительна

ности проводят электродами (табл.

13.6.

Группы сталей

+

обес-

аустенитизация

при

температуре

\100 ... 1\50°C.

Выбор композиции наплаВJlенного металла для сварки высокохромистых сталей

свариваемых

УI

\3.7),

Композиция

Условия

Термическая

наплавленного металла

эксплуатации

обработка

Мартенситно-ферритная на базе

УIII

12 %

Сг

Аустенитно-ферритная

V\+Vll

Мартенситно-ферритнаяна базе

V\+IX

Ферритно-аустенитная

13.7.

12 %

Сг

До

500

ос

Отпуск

До

400

ос

Не требуется

В корродирующих средах до До

350

350

Отпуск

ос

Не требуется

ос

Выбор композиции наплавленного металла для сварки аустенитных сталей и сплавов на никелевой основе

Группы свариваемых

сталей

Х+Х

Композиция

Температура экс-

Термическая

наплавленного металла

плуатации, ос

обработка

Аустенитно-ферритная

:5500

Не требуется Аустенитизация

Х+Х\

>500 Аустенитизация + стабилизация

Аустенитная

Х

+

Х

(XI) +

:5500

ХН

в корроди-

рующих средах

ХIII

На никелевой основе

:5650

Не требуется Аустенитизация

+

стабилизация

СВАРКА СТАЛИ С АЛЮМИНИЕМ

СВАРКА СТАЛИ С А.1ЮМИНИЕМ

13.2.

Алюминий твердые

с

железом

растворы,

температуре, соответствующей рекристаллиза­

способны

давать

интерметаллидные

соеди­

нения (Fe,AI~

- 62,93 % AI; Fe2A1s - 54,71 % AI; FeAI 2 - 49,13 % AI; FeAI - 32,57 % АI и др.) и щтектику (АI + FeAI,. Тп ., = 654 ОС, массовая ':lO,'IЯ желе!а в металле 1,8 %). Растворимость железа

в

0,053 %

твердом

состоянии

ограничивается

при эвтектической температуре. Рас­

творимость алюминия в железе порядка Т.е.

в

раз

600

выше.

При

32 %,

затвердевании в

структуре сплавов алюминия

и

железа

дают кристаллы соединения FeAl,

выпа­

(59,18 %).

Для услови й сварки характерно появле­ ние

делом

17

и

FeAl,

Они обладают низким пре­

Fe2A1,.

временного

МПа).

лежит

в

сопротивления

Твердость

FeAl s, FeAl, и 1-1, = 9600 ... 11 500

диапа'юне

(15, .. FeAI 2 МПа.

С увеличением содержания железа и повыше­ нием температуры твердость снижается. Для

Fe,AI р" = 2700 МПа. Разупрочнение FеА\з и Fe,AI, начинается при температуре 0,45 Тпл . Для Fe2A1, характерно аномально высокое значение

удельного

электрического

сопротив­

ления.

Интерметаллиды

химически

стойки.

По­

следующая термическая обработка соединений может

'юны

привести

только

к росту

интерметаллидов,

В

протяженности

соединении

187

имеют

ции стали, наблюдается интенсивная диффузия алюминия в зависит

сталь, Скорость этого процесса

от

химического

состава

материала

контактирующихзаготовок и условий нагрева.

Для твердофазного взаимодействия при определенных температурно-временных усло­

виях сварки может отсутствовать непрерывный фронт

интерметаллидов.

Подобная

наблюдается на биметалле А6

+

картина

арм ко-железо,

полученном прокаткой при температуре со степенью обжатия температуре

течение

60 %.

рекристаллизации

ч

0,5 ... 44

560

ос

После отжига при арм ко-железа

в

появляется непрерывный

слой интерметаллидов.

Анализ результатов отжига биметалла то­ ками высокой частоты (время нагрева

8 ... \ О

с)

говорят о том, что образование слоя совпадает с

появлением

первых

участков рекристаллиза­

ции в железе. Повышение температуры и вре­

мени

выдержки

интенсифицирует количество

образующихся интерметаллидов. Слой состоит из

и имеет вид серии длинных «языков»,

Fe2A1s

вытянутых

В

(столбчатые структуру). алюминий туре

сторону

стальной

кристаллы, Реакционная

диффузия

блочную в системе

железо наблюдается при темпера­

-

ос,

>400

заготовки

имеющие

Рост интерметаллидного слоя

подчиняется параболическомузакону:

место три характерных участка: железо (сталь), 11нтерметаллидная вый

сплав).

зона, алюминий (алюминие­

Механические

свойства

ний зависят от промежуточной ва,

количества

интерметаллидов,

протяженности,

характера

соедине­

зоны: ее соста­ их

формы,

расположения

и

где

стойкая

Tn1

алюминии тугоплавкая

= 2047

образуется оксидная

химически

пленка

(АI 2 О з ,

ОС), что при сварке плавлением мо­

жет

привести

лой

пленки

к в

дефекту в металл

виде

шва.

включений

Использование

флюсов не дает положительных результатов: флюсы

для

сварки

алюминия

легкоплавки,

жидкотекучи. плохо смачивают стали; флюсы для стали активно реагируют с расплавленным алюминием.

Характер диффузионных процессов при сварке давлением алюминия с

железом

и

ста­

величина, пропорциональная коэффи­

-

время роста, с,

Легирование

сплошности.

На

kl

циенту диффузии алюминия через слой; 1 -

заготовки

элементами,

кремнием

вации

материалов

кремнием,

и

а

-

стали

никелем

реакционной

алюминиевой

марганцем

и

другими

ванадием,

титаном,

повышает энергию акти­

диффузии.

Их

влияние

связано с затруднением образования зароды­ шей в промежуточной фазе, Противоположное влияние

ли.

оказывают углерод

и

марганец

в ста­

Повышенное содержание в определенных

пределах в стали свободного кислорода и азота ведет к росту температуры начала образования

интерметаллидов. Возникновение интерметал­ лидного слоя для каждой температуры начина­

лью на начальной стадии взаимодействия и в

ется

дальнейшем отличается. В начальный период

Т.е. имеет место латентный период 10, по про­

после

некоторого

критического

времени,

алюминий.

шествии которого интенсивно образуются ин­

В результате в пограничной 'юне образуется

терметаллиды. Его зависимость от температу­

имеет

место диффузия железа

слой из смеси фаз

в

FeAl, + Fe,AI,.

Далее при

ры можно записать так:

Глава

188

13.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

заготовки, имеющей в

'о = 6,0·10-13 ехр(192,3/ RT), где

R-

форму клина, до

универсальная газовая постоянная.

При

ведении

состоянии

(с

процесса

алюминия)

стороны железа (стали) образуется стороны алюминия

со

а со

Fe2A1"

кие механические свойства соединения полу­ чаются при использовании покрытий из цинка на поверхности клина.

Диффузионную сварку ведут при темпе­

FеАl з .

-

Ос. Предусматрива­

ют меры по зашите стали от окисления. Высо­

в твердожидком

расплавлением

продольном сечении

500... БОО

При сварке хромоникелевых коррозион­

ратуре 425 .. .495 ос (время до

мин, сварочное

давление

интерметаллидная

из стали покрывают слоем никеля и вольфрама.

прослойка

носит

более

210 ... 31 О

1О

но-стойких сталей с алюминиевыми сплавами сложный характер, и в ее образовании участ­

Последний

вуют хром и никель.

вать эвтектику.

Биметаллическое

соединение

обладает

удовлетворительными механическими свойст­

соединения

фазы.

Работоспособность

сохраняется

при

температурно-временном

ний

температурный

определенном

воздействии.

порог для

Верх­

биметалличе­

ских изделий из рассматриваемого сочетания материалов составляет

способен

образовы­

При этом температура

сварки

образования

эвтектики.

Ультразвуковая лучать

нахлесточные,

единения

на

сварка

позволяет

точечные

тонких

и

миния

ограничивается

1,0 ... 1,25

шовные

заготовках.

подают со стороны алюминия.

по­ со­

Колебания

Толщина алю­

величиной

порядка

мм.

Сварка трением дает возможность полу­

ос.

500 ... 520

с алюминием

должна быть ниже температуры

вами лишь до образования непрерывного слоя интерметаллидной

Па). Поверхность заготовки

После охлаждения биметаллического со­

чать

соединения

единения возникают значительные остаточные

прочные

высокого

алюминиевому

качества,

сплаву

равно­

вотожженном

напряжения из-за различия в коэффициентах

состоянии.

теплового расширения. Алюминиевые сплавы

стыке быстро достигает своего максимума и

В процессе сварки температура

и стали имеют значительные различия в темпе­

затем стабилизируется.

ратурах плавления, теплопроводности и тепло­

ной стали

емкости.

ность

Основными

путями

получения

работо­

При сварке аустенит­

12Х 18Н 1ОТ с АДI

латентного

в

периода

продолжитель­

для

температуры

ббО ос, что близко к развиваемой в стыке, со­

способного соединения алюминиевых сплавов

ставляет

со сталями являются:

ки

-1 О

100 ... 120

с. Продолжительность свар­

с. Поэтому интерметаллидная фаза не

ин­

успевает образоваться в сколько-нибудьзначи­

терметаллидных прослоек (высокая прочность

тельных количествах. В то же время непрерыв­

ограничение протяженности слоя

может

:0;10

быть

получена

при

ширине

зоны

но идущая осадка (главным образом за счет алюминия) способствует получению чистого

мкм); легирование

сдерживаюшими

алюминия

образование

элементами,

промежуточной

от

интерметаллидов шва (суммарная осадка

-14мм).

При наличии в алюминиевом сплаве маг­

фазы, и прежде всего, кремнием, а также при­ менение

стали

и марганца,

образования выше

с низким

содержанием

что позволяет

поднять температуру

интерметаллидов

температуры

углерода

на

40 ... 60

рекристаллизации

ос

стали.

ния

ниесодержашиесплавы сваривают на режимах,

обеспечиваюшихтемпературу в стыке :0;500 Ос.

Сварка взрывом таких материалов тре­ бует

Использование кипяшей стали дает воз­ можность

проводить

рекристаллизационный

Различия твердости для

в

и

успешно

при менять

рассматриваемого сочетания

материалов

клинопрессовую

сварку

при

изготовлении

барьерного

слоя,

который

бом получают слоистые листы и ленты. LUирокое прокаткой,

пластических свойствах

позволяют

применения

наносятся на стальную заготовку. Этим спосо­

отжиг металла при бl О ... б30 ос без образова­

ния интерметаллиднойфазы.

периода

резко сокрашается, поэтому алюминиевые маг­

Этот путь может быть рекомендован для свар­ ки давлением.

продолжительность латентного

вать

применение

которая

температуры

Таким способом сваривается зо

+ АМг5

получила

позволяет

нагрева

зоны

в промышленных

12Х 18Н 1ОТ

+

сварка

регламентиро­

АМг6;

соединения.

масштабах армко-желе­

и другие сочетания.

биметаллических стержней, трубчатых пере­

Биметалл, полученный сваркой взрывом

ходников и т.п. Температура нагрева стальной

и прокаткой, обладает высокой статической и

СВАРКА МЕДИ СО СТАЛЬЮ

усталостной

прочностью

применение

при

и

находит

изготовлении

сталеалюминевых

с

широкое

189

учетом

отмеченных

особенностей

в

различных

практике нашли применение два варианта тех­

конструкций в качестве про­

нологии соединения плавлением алюминия со

сталью: сварко-пайка с предварительным нане­

ставок.

При выполнении алюминиевые

монтажных соединений

элементы

говой сваркой,

соединяют

а стальные

углекислого газа.

аргоноду­

дуговой в среде

-

Режимы сварки и размеры

проставок выбирают таким образом, чтобы в месте контакта алюминий

-

сталь не допустить

сением

на

стальную

пользованием

кромку

аргонодуговых

покрытия

с

ис­

аппаратов

с

не­

плавящимся электродом; автоматическая дуго­ вая

сварка

плавящимся

электродом

по

слою

флюса АН-А). Покрытия (цинковые, алюми­

ниевые) имеют толщину

30 .. .40

мкм И нано­

появления интерметаллидов. С этой же целью

сятся гальваническим способом или алетиро­

сначала

ванием. При сварке необходимо вести дугу по

соединяют

обеспечивая тем

алюминиевые

элементы,

самым лучшие условия для

При сварке плавлением и пайко-сварке процессы

кромке

зарождения

и

роста

интерметаллид­

ной прослойки идут значительно интенсивнее.

алюминиевого

листа

на

расстоянии

мм от линии стыка и соблюдать опреде­

1... 2

стока теплоты.

ленную скорость (при малых скоростях наблю­ даются

перегрев

больших

-

и

выгорание покрытий, при

несплавления).

При формировании соединения существенным

При сварке под флюсом роль флюса сво­

является смачивание твердой стали алюмини­

дится к улучшению смачивания и торможению

ем. Для улучшения смачивания и, значит, со­

образования интерметаллидов. Необходимо не

кращения

допускать прямого воздействия дуги на кромку

времени

контакта

расплава

со

ста­

лью прибегают к легированию шва и нанесе­

стали,

нию покрытий на поверхность стальной заго­

возможно ближе к очертанию профиля ванны.

товки (цинковое, цинко-никелевое

Таким способом сваривают толщины

-

как наи­

а

разделку

кромки

на

стали

делать

надо

15 ... 30

мм.

более технологичное и недорогое). После сма­ чивания

идет

жидком

алюминии.

процесс

растворения

Установлено,

творяться. точного что

в расплав

в виде

Fe2A15

может

кристаллов

и рас­

При этом скорость роста промежу­

слоя

делает

больше

скорости

невозможным

растворения,

получение

ния без интерметаллидных

соедине­

прослоек. Снизить

отрицательное

действие этого фактора можно

увеличением

объема

(предварительная

расплава

алюминия

разделка кромки), оптимиза­

цией режима с целью ограничения ры расплава,

дочный на

ной

легированием

материал

скорость

элементами,

роста

проспойки.

и

состав

Введение

6,5 ... 7 % Zn, 3 ... 3,5 % Ni толщину

ванны

с

приса­

влияющими

интерметаллид­

в шов

4 ... 5 % Si,

позволяет уменьшить

интерметаллидного

соединение

температу­

через

слоя

прочностью

и

получить

на

уровне

При

сварке

МЕДИ СО СТАЛЬЮ

При нормальной температуре сплавы же­ леза с медью представляют собой твердые рас­

творы железа в меди (Е-фаза, в а-железе (а

+

«0,3 %

sO,2 % Fe),

Е). Растворимость меди в а-железе мень­

ше, чем в у-железе. При

20

ос при равновесных

условиях в а-железе растворяется При

меди

Сц) и смеси этих растворов

850

<0,3 %

СЦ.

ос максимальная растворимость меди

в

8-, у- и а-железе 1,4 %. Растворимость

соответственно

6,5; 8

и

железа в меди уменьша­

ется с понижением

температуры с 4 % при 1094 ос до 0,4 % при 750 ос, при 650 ос падает до 0,2 %, а с дальнейшим снижением темпера­ туры изменяется незначительно.

Введение углерода в железомедные спла­ вы

несколько

снижает

растворимость

меди.

Марганеи и кремний улучшают растворимость.

МПа.

300 ... 320

13.3. СВАРКА

в

обра­

зующаяся при растворении фаза переходить

железа

что

магниесодержащих алюми­

Марганеи

расширяет

ниевых сплавов вследствие высокой диффузи­

раствора,

онной подвижности магния и

интенсивнее.

малой его рас­

в

котором

область медь

у-твердого растворяется

высококачественное со­

Физико-химические свойства меди и же­

единение может быть получено только через

леза близки (строение кристаллической решет­

прослойку чистого алюминия. Высокая окис­

ки, атомные радиусы и т.д.), что дает возмож­

творимости

в

железе

ляемость магниесодержащх сплавов и их более

ность

высокая

ния меди (медных сплавов) с железом (сталью).

вязкость

являются

осложняющими факторами.

дополнительными

получения

Осложняющими

непосредственного

факторами

соедине­

являются:

разли-

13.

Глава

190

чие в температурах в

плавления,

теплопроводности

сродство

меди

текучесть,

и

к кислороду,

склонность

сильная

теплоемкости,

разница

подслоев и

высокое

ферритной фазы

ее высокая

к пористости,

жидко­

Типичным стали

наплавку,

дефектом,

с

медью

пайку

припоями,

Т.е.

сопровождающим

(медными

сталей

процессы,

сплавами),

медьсодержащими в

которых

имеет

ме­

сто контакт стали с жидкой медью, является

проставок, повышение содержания

стали

предотвращают этот

дефект.

Для исключения появления МКП медь и

появление

Cu + CU20, охрупчивающей металл.

эвтектики сварку

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

ее сплавы свариваются со сталью различными методами в твердом, твердожидком и

жидком

состояниях. Из методов сварки давлением наи­ большее

распространение

получила

сварка

взрывом, прокаткой, трением, диффузионная и контактная.

межкристаллитное проникновение (МКП) меди

Сварка трением дает сварные соедине­

в сталь. Дефект представляет собой трещины в

ния

виде

часто

риала в отожженном состоянии. Нет МКП ме­

Его глубина от

ди в сталь, что связано со спецификой процес­

«клиньев»,

охватывающей

заполненных

группу зерен.

сотых долей миллиметра до ция

40

мм, локализа­

в районе действия напряжения растяже­

-

ния,

медью,

у

концентраторов

напряжений.

Частота

с

прочностью на

уровне основного мате­

са: максимальные температуры развиваются на

соединяемых поверхностях и обычно состав­

ляют

ос (ниже температуры плавле­

700 ... 800

появления дефекта от единиц до десятков на

ния более легкоплавкого металла).

ские свойства стали (СУ Т , СУ в , CY_I, 8) и особенно

соединение. Появление пор и микротрещин в

1 см 2 . Дефект существенно снижает механиче­

Сварка

взрывом

дает

высокопрочное

пластические. Трудно или невозможно обна­

зоне сварки крайне редко. Поверхность контак­

ружить

та

его

неразрушающими методами

кон­

чаще

всего

носит типичный

для

сварки

троля. Избежать появления дефекта для многих

взрывом волнообразный характер. Вблизи гра­

марок

ницы

сталей

без

применения специальных

методов не удается. Механизм МКП объясня­

имеет место наклеп, а

на стороне стали

возможно появление в узкой зоне закалочных

ется на основе представлений об адсорбцион­

структур вследствие высокой скорости охлаж­

ном понижении прочности, межзеренной кор­

дения. Толщина плакирующего слоя (медный

розии и диффузии под напряжением, раскли­

сплав) обычно

4 ... 10

нивающего действия жидкой меди.

туре

ос сваренных биметаллических

700 ... 900

мм. Отжиг при темпера­

Исследования показали общность усло­

листов повышает пластические свойства, не­

вий образования МКП меди в сталь и ГТ в ней.

сколько снижает предел прочности и уменьша­

Механизм образования МКП может быть пред­

ет

ставлен так. В результате диффузии меди по

Метод при меняется для

границам зерен стали образуются легкоплавкие

листов и лент.

твердожидкие

медистые

прослойки,

анизотропию свойств по

Сварка про каткой используется для из­

ослаб­

ляющие межзеренное сцепление. Под действи­

готовления

ем

сталь

в

высокотемпературной области растяги­

вающих напряжений и идет

разрушение по

деформаций в

стали

межкристаллитным про­

площади листа.

получения слоистых

+

металл

и

случаев

биметаллических листов

+

медь, сталь

других

латунь, сталь

сочетаний.

соединение

В

+

и

лент

монель­

большинстве

равнопрочно

основному

слойкам и образуется гт. Расправленная медь

металлу. В результате термической обработки

заполняет (<<залечивает») под

(нормализация при

действием ка­

750

ос в течение

30

мин)

пиллярных сил и атмосферного давления обра­

биметалла сталь

зовавшуюся ГТ. Заполненные медью ГТ пред­

скапливается

ставляют собой МКП меди, которому способ­

ного слоя, а вблизи последнего находится зона,

ствуют увеличение массовой доли углерода в

обедненная углеродом.

пути

и

приемы,

направленные на

чать

со

предотвращениюМКП меди.

(бронза

Сокращение времени контакта жидкой со

сталью, ведение процесса давлением

сталями

БрОUIO-l0 сталь

тунь Л59

элементами, повышаю­

бронза

применение барьерных

медь М

щими стойкость ГТ,

большой

у

+

сталь

+

медных

мед­

+

пар

сталь 20ХНР; бронза бронза

10;

+

БрОU8-12

+

+ сталь Э; ла­ + 12X 18Н 1ОТ;

сталь; коснтантан

БрАЖМU 10-3-1,5

1 + арм ко-железо

сплавов

номенклатуре

'2ХН3А; бронза БрХО,8

при возможно более низкой температуре, леги­ шва

непосредственно

соединения

на

БрОUС5-5-5

рование

металла

углерод

сварные

предотвращение ГТ в стали, способствуют и

меди

медь в углеродистой стали

Диффузионная сварка позволяет полу­

стали и повышенное содержание серы.

Все

-

сталь

и т.д.).

30ХГСА,

СВАРКА МЕДИ СО СТАЛЬЮ

Температура

медного

сплава

сварки

и

железом ведется при турный

режим

БрОСН в

I

700 ...

с арм ко­

ОС. Этот темпера­

1000

при

соединении

сплаве

свинца

приведет

к

оплавлению

поверхности уже при температуре

760 ... 780

Ос.

В таких случаях целесообразна предваритель­ ная наварка на сталь медной прокладки малой

толщины

(порядка

1

мм)

при

температуре

ОС, а затем сваркой получают заготовки с

900

бронзой БрОСН

10-2-3

при

Ос. Сварка ста­

750

электродом

сварку

выполняют

на

неплавящимся

постоянном

прямой полярности, электрод

токе

вольфрамовый.

-

Используют ее при толщинах ~ 1 мм. Медь со сталью больщих толщин можно

бронзы

со сталью 40Х вследствие нали­

10-2-3

Аргонодуговую

от состава

в диапазоне

ос. Сварка меди МБ, МОБ, М

1000

чия

зависит

лежит

191

сваривать вручную угольными

или металличе­

скими электродами. При толщинах меняют

автоматическую

сварку

3

мм при­

под

слоем

флюса (ОСЦ-45). Режимы подбирают, исходя из

необходимости

сквозного

проплавления

меди. Смещение электрода от плоскости стыка на

1/2

толщины заготовки. Стальная заготовка

может иметь разделку.

вышать

1... 1,5

Зазор не должен

пре­

мм. Сварку под флюсом ведут

ли с медной про кладкой при предварительном

на флюсовой подушке с применением графито­

нанесении на медь слоя никеля

(200

вых

выщает

позволяет вы­

качество соединения и

полнять закалку стали.

К

мкм) по­

применению про­

и

остающихся

предотвращения

стальных

вытекания

подкладок.

жидкой

Для

меди

ис­

пользуют формирующее устройство из графита.

слойки никеля прибегают тогда, когда необхо­

При сварке аустенитных сталей с медью и

димо повысить прочность соединения. Никель

медными сплавами во избежание МКП меди на

образует непрерывный ряд твердых растворов

стальную

с железом и медью, увеличивает растворимость

аустенитно-ферритного

железа в меди и меди в железе. Время сварки

обычно лежит в диапазоне ние

7... 30

мин, давле­

МПа. Полученные изделия отлича­

1... 20

ют

заготовку

промежуточную

ферритной

стали

наплавляют

подслой

вставку

(типа

из

аустенитно­

1Х2IН5Т),

благодаря большому содержанию

которая

а-фазы (до

проявляет стойкость против образо­

ются высокой размерной точностью, отсутст­

60 ... 70 %)

вием дефектов.

вания трещин. При содержании в стали

Контактная сварка ведется с при мене­

нием

подкладок под электрод, обеспечиваю­

из

металла или применя­

>30 %

а-фазы. предотвращается МКП меди. Хорошие результаты

дает

применение

вставок

из

спла­

щих интенсификацию тепловыделения в зоне

вов на никелевой основе (типа ХН67МВТЮР),

сварки

так как

и

высокие

(например,

0,6

градиенты

листовой

температур

молибден

толщиной

мм со стороны медного сплава при сварке

стали

10 с

латунью Л63).

Возможна ультразвуковая лей малых толщин. стороны

сварке

различные

дом,

методы

плавящимся

плавлением

-

ручную и

со

под

флюсом

используют

электродуговую

неплавящимся

механизированную

сварку

сварка дета­ подводятся

меди.

При сварку

Колебания

и

и

электро­

автоматическую

аргоне,

электронно­

лучевую, газопламенную и др.

Получить ния

помогают

высококачественные различные

приемы:

соедине­

преимуще­

ственное плавление медного сплава (смещение пятна

нагрева

источник

на

теплоты,

медь),

концентрированный

наплавки

и

проставки

из

материалов, не склонных к образованию тре­ щин, и Т.п.

никель имеет неограниченную раство­

римость в меди.

При

использовании

электронно-лучевой

сварки удается получить шов малой ширины на

больших скоростях. Луч направляется по стыку или

с

некоторым

(порядка

0,5

смещением

мм).

в

сторону

В процессе сварки

меди

может

наблюдаться смещение луча на сталь. При

сварке

меди

с

низколегированной

сталью неплохо показала себя добавка в металл

шва небольших количеств алюминия (в стыке размещают алюминиевую

0,01

г алюминия на

1 мм

фольгу из расчета

шва).

При изготовлении изделий из листового биметалла,

получаемого

сваркой

взрывом

и

про каткой, соединения выполняются послоЙно. Если

глубина

свариваемого

ванны

слоя,

превосходит

возможен

стальной шов и стали

-

толщину

переход

меди

в

в медный. В местах

расплава контакта меди со сталью может иметь

место МКП меди. Все это ухудшает механиче­

Ручную электродуговую сварку ведут на

ские свойства и коррозионную стойкость биме­

максимальных скоростях на короткой дуге, без

талла. Для предотвращения этих нежелатель­

колебаний.

ных явлений прибегают к использованию спе­

Предварительно

заготовки

тща­

тельно зачищают и обезжиривают. Обезжири­

циальной

вают и присадочную проволоку.

(рис.

конструкции

13.12).

сварного

соединения

Глава

192

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

13.

Аналогичную картину металлургического взаимодействия

титан

имеет

с легирующими

компонентами в сталях (никель и др.).

Положительные получены

при

результаты

использовании

могут

методов

быть

сварки

давлением, а также барьерных слоев и вставок из третьего металла, не образующего при вы­ соких температурах

со свариваемыми

материа­

лами хрупких фаз. Особенностью титана и тита­ новых сплавов является их высокая активность с

атмосферным газом, что требует ведения про­ цесса в условиях, обеспечивающих их защиту (инертные газы, вакуум, жидкие среды).

Сварка взрывом осуществляется с про­ Рис.

13.12. Варианты

межуточными конструктивного

оформления соединения при сварке биметалла

-

медь

I

и

23-

сталь:

стальной и медный слои соответственно; проставка;

46-

накладка;

5-

наплавка;

таллиды ТiFe и того

металла

таких

нии

в качестве проставки

-

TiFe2

соединений

титана.

При сварке биметалла и его использова­ в результате нагрева

медь может снижаться

и без прокладок.

в местах вкрапления ли­

и перемешивания.

интерметаллидной

подслой

в зоне перехода сталь

прокладками

В последнем случае могут появиться интерме­

В зоне

идет

При

отжиге

дальнейший

рост

фазы, выделяются карбиды

контакта

может

наблюдаться

появление пор. В качестве прокладок исполь­ зуют ниобий, ванадий, никель, медь, серебро, железо и сплавы из тугоплавких металлов.

прочность. Термическая обработка такого ма­

Получила применение двойная прокладка

териала показала, что кратковременный нагрев

из ванадия или ниобия со стороны титана и

до

ОС и длительный до

медная со стороны стали. Нагрев соединений,

ос не оказывает существен­

полученных с использованием барьерных под­

5

мин вплоть до

температуры

250

950

ного влияния на механические свойства биме­

слоев, до

талла. Это необходимо учитывать при выборе

Некоторое снижение предела прочности при

размеров проставки.

этом

800

ос не ведет к охрупчиванию шва.

связано

со

снятием

эффекта

наклепа.

Уменьщение толшины медной прослойки дО

13.4. СВАРКА СТАЛЕЙ С ТИТАНОВЫМИ СПЛАВАМИ

О, I мм повышает предел прочности соединен­

ная,

что

объясняется

проявлением

эффекта

контактного упрочнения. Разрушение соедине­ Титан с железом образуют систему огра­

ний при испытаниях идет по слою меди и име­

ниченной растворимости и эвтектоидным рас­

ет

падом ~-фазы. Предел растворимости титана в

отрицательных температурах

железе снижается от

12 %

при

1200

ОС до

вязкий

4%

тельные

составляет

чаются,

при

615

и

0,05 ... 0, 1 %

соответственно

и 20°с. Титан и железо дают химиче­

ские соединения

TiFe, TiFe2, Ti 2Fe и эвтектики + TiFe (1100 ОС), TiFe + TiFe2 (1280 ОС), TiFe2 + а-фаза (1298 ОС), содержащие 32; 62,5 и 82,5 % железа соответственно. Поэтому при ~-фаза

затвердевании

железа

расплава

порядка

интерметаллиды

уже

при

снижают пластические свойства материала.

Титан и железо существенно различаются

положительных

(+300 ...-269

и

ОС).

механические характеристики полу­ когда

ширина слоя

интерметаллидов

~3 ... 5 мкм, а в 3ТВ имеет место а-твердый раствор железа в титане. При испытаниях зона разрушения наблюдается в переходе титан

-

железо (сталь). На прочность соединения влия­ ет ширина зоны, обогашенная углеродом. ~еханические характеристики стыковых

содержании

0,1 % будут образовываться TiFe и TiFe2, которые резко

при

При диффузионной сварке удовлетвори­

при 300°с. Растворимость железа в а-титане

0,5

характер

соединений, сваркой

в

выполненных вакууме

на

диффузионной

материалах

ВТI-0 + + 12Xl8H9T и ОТ4 + 12Х18Н9Т (температура 750 ... 850 ОС, время сварки 15 мин), оказыва­

по кристаллическому строению и физическим

ются

свойствам.

Применение прокладок из ванадия и меди при

ниже

прочности

основного

материала.

СВАРКА МЕДИ С АЛЮМИНИЕМ

сварке ВТ6, ВТ5-1 со сталью 12Х 18Н9Т позво­ лило

получить

предел

прочности

вплоть

до

МПа. В соединении не обнаружива­

530... 570

На границе ниобия и меди имеет место диффузионная зона

фузии

тельного

ниобия

при

ос в течение

(1000

1О

высокой

температуре

ч). Слой меди при сварке

-

ванадий

медь

интерметаллиды выполненные кладки

меди

соединения.

В

легкоплавкие

соединении

соединения

и

комбинированные

(толщина

мм)

0,01

и

про­

ванадия

(0,07 мм), дают предел прочности 489 ... 503 МПа при 450 ОС, удельную вязкость 350 кдж/м 2 , угол загиба 50 ... 600. Для

получения

стабильных

результатов

наблюдается.

берутся

порядка

титан зона диф­

-

Толщины

0,05 ... 0,2

прокладок мм,

меди

мм.

Контактная и

ультразвуковая сварка

листовых заготовок проводится с применением

промежуточных прокладок.

не образуются. Соединения,

через

не

0,1 ... 0,46

предотвращает образование карбидов ванадия, охрупчивающих

протяженностью порядка

мкм. В переходе ниобий

40

ется интерметаллидных фаз даже после дли­ нагрева

193

При

контактной

подплавления

сварке

поверхности

не допускается

титана

и

стали.

Наилучшие результаты контактная сварка дает через прослойку ниобия, а ультразвуковая

-

через слой серебра. Получены положительные результаты по клинопрессовой

сварке в аргоне титановых

целесообразно в качестве прокладочного мате­

сплавов со сталью 12Х 18Н9Т через прокладку

риала

алюминия или медь. Нагрев при использовании

использовать

+

+ Ni),

тонкую

многослойную

полученную горячей про­

алюминия

каткой в вакууме. Благодаря такой ленте пре­

прослойки

ленту (У

Си

дел прочности соединений

ВТ5-1

и

500... 590

Из

А Т3 со

сталью 12Х 18Н 1ОТ при растяжении составляет МПа.

350 ОС, 0,1 ... 0,2

способов

меди

- 850

Ос.

Толщина

мм. сварки

плавлением

наи­

большее распространение получили электрон­ но-лучевая

и

аргонодуговая

сварка

титана

со

При сварке титана с низкоуглеродистыми

сталью с применением вставок из ванадия и его

сталями хорошие результаты дают прослойки

сплавов. Для получения более высокой проч­ ности целесообразно при менять ванадий, леги­

из серебра. Положительные результаты при диффузионной сварке

(70 % BaCI 2 + 30 % NaCI).

получаются

При этом обеспечи­

шая защита металла в процессе сварки и охла­ ждения.

Сварка про каткой осуществляется в ва­ кууме. Выявлено отрицательное влияние угле­ на

механические

характеристики

нения из-за образования карбида титана Увеличение содержания

0,02

углерода

в

соеди­

(TiC).

стали

с

из

ванадия

нем должно быть

содержание

<0,02 %.

углерода

В случае примене­

ния прокладок металлографическими рентгеноспектральными

в

и микро­

методами обнаружить

образование в биметалле на границе сваренных заготовок хрупких фаз не удалось. При сварке ВТ6 со сталью 12Х18Н10Т с

Nb + Си (ва­ 350 ОС, степень

комбинированной прокладкой из

0,00266 Па, температура 45 ... 50 %) получаются

обжатия

равнопрочные

соединения (разрушение образцов при испыта­ ниях

-

по меди). На границе ниобия с титаном

интенсивно ох­

ка

в

аргоне

с

применением

в

качестве

приса­

дочного материала медно-серебряного сплава

(28

и

72 %

соответственно),

расплавляемой

прокладки из монель-металла.

При сварке плавлением через ванадиевую вставку

необходимо

учитывать

особенности

сварки ванадия с титаном и сталью.

0,45 % ведет к снижению уровня проч­ с 260 до 140 МПа. При использовании

про кладок

куум

лью в гелии с использованием

лаждаемой прокладки. Возможна дуговая свар­

до

ности

(5 ... 10 %).

Предложен способ сварки титана со ста­

в расплаве солей

ваются быстрый к равномерный нагрев, хоро­

рода

рованный вольфрамом и хромом

13.5. СВАРКА

МЕДИ С АЛЮМИНИЕМ

Диаграмма состояния алюминий

медь

-

свидетельствует, что в этой системе существует ряд

устойчивых

при

комнатной

химических соединений: е-фаза

температуре

(AI 2Cu), Т]-фаза

(AICu), ~2-фаза, Б-фаза (AI 2Cu}), У2-фаза (A1Cu2), у-фаза

(AI4CU9),

Они характеризуются высокой

твердостью и низкой пластичностью.

При ком­

натной температуре медь обладает сравнитель­ но

малой

смотря

на

растворимостью сходство

в

в

алюминии,

кристаллическом

не­

строе­

нии этих металлов.

В

сравнении

с сочетанием

алюминия

с

образуются зоны твердых растворов, имеющие

другими металлами (например, никелем, желе­

повышенную твердость.

зом) для

взаимодействия

алюминия

с медью

Глава

194

13.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

характерны большие скорости роста прослоек интерметаллидов

латентного

и

малая

периода.

продолжительность

Температурная

зависи­

мость последнего имеет вид

"n = 3,8 ·10-8 ехрО30/ RT). Кинетика роста промежуточных фаз опи­ сывается уравнением

у

Б-фаз и соединения

AgJ A1. Серебро хорошо растворимо как в алюминии, так и в меди. Со­ при 275 ОС со­ - 38 % (454 ОС). Растворимость кремния в алюминии 1,65 % (577 ОС), в меди - 5,2 % (548 ОС). держание

цинка

ставляет

31,6 %,

в алюминии

в

меди

Склонность к образованию химических соединений

основной осложняющий фактор

-

при сварке алюминия с медью. Особенности

= 9,1.105 ехрООО/ RT),-

сочетания физических свойств меди и алюми­ ния таковы, что в большинстве случаев не вы­

-3,46.10-2 ехр(30/ RT).

зывают

Эта зависимость хорошо согласуется с экспериментальнымиданными.

Наличие латентного периода позволяет

дополнительных

разница в го

1,5

расширения

рушения

осложнений.

Так,

раза коэффициентов термическо­ не

при водит

соединения,

высокопластичны.

так

к

опасности

раз­

как оба материала

При изменении

температу­

получать высококачественное соединение не­

ры оба материала проявляют одинаковые тен­

посредственно

денции

алюминия

с

медью,

такими

методами сварки давлением, которые исполь­ зуют

при

относительно

малой

невысокие

температуры

продолжительности воздействия.

Отмеченные закономерности возникновения и роста интерметаллидных прослоек ведут к то­

му, что для каждого способа существует доста­ точно узкий диапазон значений технологиче­ ских

параметров режимов сварки

и

темпера­

турно-временных условий эксплуатации биме­ таллического соединения.

Аl

+

Работа

биметалла

при

изменению

механических

температурах

свойств,

сохраняют

высокую

пластичность. Коэффициент тепло- и темпера­ туропроводности

меди с повышением

туры в диапазоне о

... 600 ос

темпера­

несколько снижа­

ется, а для алюминия возрастает почти в в диапазоне

150 ... 600

Ос. При

500

2

раза

ос значение

коэффициента теплопроводности выравнивает­ ся, а при дальнейшем росте температуры зна­ чение этого параметра для алюминия становит­ ся выше.

Си допускается при температуре, не пре­

вышающей

к

низких

Оксиды меди менее химически стойки.

ОС, во избежание интенсивного

Упругость паров диссоциации для Си20 при

роста диффузионного слоя и резкого ухудше­

727 ос составляет 1,8 . 10-1 Па, для СиО при ] 900 ос равна 1,18 . 10- Па, для АIЛJ при 727 ос 1,5 . 10-15 Па. Толщина оксидной пленки на меди в 1,5 - 2 раза больше, чем на алюминии.

400

ния механических свойств. При нагреве выше указанной температуры в соединении алюми­

ний

+ Л96

по мере ее роста и увеличения про­

должительности выдержки образца идет обра­

зование Б-фазы, которая диффундирует в ла­

На воздухе при нагреве СиО стремится перейти

в Си20.

тунь, в результате чего появляются У2-фаза и

Сварка

а-твердый раствор. Насыщение Б-фазы с дру­

различными

гой стороны алюминия

ведет к образованию

е-фазы. в связи с тем что существуют достаточно

пластичные сплавы системы Аl щие до

1О %

7 %

-

Си, содержа­

Си, и бронзы с содержанием до

Аl перспективно такое ведение процесс а

сварки

плавлением,

когда

содержание

сварном шве не будет превышать Хорошей ваемых кремний.

растворимостью

материалах

обладают

меди

в

6 ... 8 %. в

рассматри­

серебро,

Их бинарные диаграммы

цинк,

состояния

достаточно просты. При нормальной темпера­ туре алюминий с цинком и кремнием являются

двухфазными,

образуя

эвтектику.

В

системе

AI - Ag установлено существование а-, р-, у-,

алюминия

с

методами

сварки

медью

проводится

давлением

и

плавлением.

Сварка давлением осуществляется мето­ дами

холодной

ультразвуком,

сварки,

прокаткой,

диффузионной,

трением,

магнитно-им­

пульсноЙ,взрывом.

Холодная сварка применяется главным образом

для

местного

плакирования

алюми­

ниевых деталей медью (токоведущие элементы

трансформаторов, шинопроводы, токоподводы к электролизерам) точечной сваркой, получе­ ния

стыковых

соединений

проводов,

шин

и

других элементов компактных сечений. Мате­ риал

заготовок

-

технически

чистая

медь

и

алюминий. Методом

холодной

прокатки

получают

биметаллические листы, полосы (карточная и

СВАРКА МЕДИ С АЛЮМИНИЕМ

рулонная

прокатка).

сварке прокаткой

Степень

обжатия

при

60 ... 75 %.

не соединения

направленного

ные

процесса

ограничения

ходных

на

заготовок.

течения

налагает

соотношения

В

связи

с

толщине

или

плакирующего

невозможно.

слоя

Для

>4

При местном плакировании медью алю­ миниевых деталей точечной холодной сваркой раза

2 - 3

превышает толщину плакирующей меди. Осо­ алюминиевых

деталей в этом случае нет. Недостаток метода наличие

вмятин

от

инструмента

на

-

поверхно­

сти детали.

Принципиальных ограничений на размеры сечений при сварке встык, кроме возможностей

самого оборудования, нет. Реально сваривают 2

элементы с площадью сечения до 1000 мм .

Техника подготовки и сварки не отличается от общих технологических

закономерностей

хо­

лодной сварки.

При этом способе сварки образование ин­ терметаллидов

исключено,

так

как

процесс

Более широкая стых

номенклатура толшин

заготовок

листов

для

изготовления

может быть

получена

и

слои­

горячей

прокаткой. Заготовки при этом нагревают до 450°с. Для защиты металла (меди) от окисле­ ния используют двухстадийный процесс: пред­

варительное обжатие при первом проходе на

65 ... 80 %

чивание и сохранить прочность алюмомедного

листа даже после нагрева до 500°с. При сварке трением и ультразвуковой номенклатура

от суммарного обжатия для умень­

свариваемых

алюминиевых

и

медных сплавов шире. Основная особенность, присущая

этим

методам,

состоит

в том,

что

в

силу их специфики из зоны соединения непре­ рывно идет эвакуация

тов

взаимодействия

нежелательных продук­

материалов

(интерметал­

лидов). При сварке трением меди со сплавом АМц

на

узкая

(1,5

шлифах

наблюдается

прерывистая

мкм) зона интерметаллидов.

Сварка трением налагает ограничения на конфигурацию сечения заготовок. Для получения высококачественного со­ единения необходимыми условиями являются перпендикулярность заготовки

и

поверхности

предварительное

торца

снятие

к

оси

наклепа

путем отжига, удаления окалины и обезжири­ вания трущихся поверхностей. Алюминиевую

заготовку размещают в осадочной матрице, что позволяет

идет без предварительного нагрева. материалов

ос в те­

250 ... 270

2 ... 8 ч.

(12Х 18Н 1ОТ), позволяющего избежать охруп­

электротехнической

на толщину

обработке при температуре чение

много­

термической

мм и малой

0,1 ... 0,8мм.

ограничений

подвергаются

Положительные результаты дает исполь­

минимальной толщиной медного покрытия

бых

листы

зование барьерного слоя из аустенитной стали

затруднительно

глубина вдавливания пуансона в

слойные

прочности

110 ... 180°)

ис­

промышленности получают слоистый материал с

предела

получить

толщин

этим

листовой материал при толщине

металла

определен­

(повышения

МПа и угла загиба до

> 100

В связи с необходимостью создания в зо­

эта специфика

свойств

195

ческих

компенсировать различия

свойствах

Цикл давления

свариваемых

в

пласти­

материалов.

ступенчатый. Проковка дает

-

дополнительные

возможности

разрушения

и

частичной эвакуации из плоскости стыка ин­

терметаллидной заготовок

осадке

200

прослойки.

20 ... 30

Для

диаметров

мм давление при нагреве и

соответственно

и

30.. .40 14 ... 20

МПа. Суммарная осадка

110 ...

мм. Полу­

шения контакта с воздухом рабочей поверхно­

чаемое соединение при испытаниях разрушает­

сти медной заготовки; прокатку нагретого па­

ся по алюминию.

кета

в

вакууме,

вакуумированных

Распространен способ горячей про катки, вая ные

нагреву

заготовка, листы

подвергается а

холодные

только алюминие­ плакирующие

накладываются

мед­

непосредственно

перед операцией обжатия. Такой прием снижа­

ет степень окисления. Обжатие ведется двух­ стадийно: на первом проходе

марное обжатие Горячей

7*

мм.

40 .. .45 %.

Сум­

75 %.

прокаткой

ванный алюминий

1,5 ... 2,5

ультразвуковой

выполняется

аргоне.

когда

При

конвертах,

Для

рывным

плакиро­

при толщине медного слоя

улучшения

механических

швом.

В

силу

сварке точками

соединение или

специфики

непре­

процесса

толщина заготовки, со стороны которой подво­

дятся колебания, ограничена величиной поряд­ ка

1,2 ... 1,5

мм из-за

гистерезисных

потерь

в

толще материала.

Диффузионная ственные

минием

получают

внахлестку

и

симально

сварка

соединения

при

некоторыми возможном

ры нагрева,

времени

дает доброкаче­

сварке

его

ограничении сварки

меди

сплавами

и

при

с

алю­

при

мак­

температу­ использова­

нии барьерных подслоев и покрытий. В качест-

Глава

196

ве

13.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

материала таких слоев

можно

использовать

цинк, серебро, никель. При

Кромка

взрывом

заготовки

при

Введение

60°.

кратковре­

цинка через при садку при аргонодуговой свар­

ке под флюсом при водит К тому, что содержа­

температурах

из-за

медной

под углом

менности взаимодействия материалов при вы­ соких

сварке

мкм).

10 ... 15

этом разделывается

интерметаллиды

не

успе­

вают образоваться или их количество незначи­

ние меди

512 %, а количество цинка в шве мо­ 30 %. Соединения, получаемые в

жет достигать

тельно. Шов обладает высокими механически­

таких

ми

алюминию

свойствами.

этом

выше

Прочность

прочности

соединения

основного

при

материала

в

результате наклепа и большей протяженности поверхности

Процесс

сцепления

позволяет

соединенная

в

из-за

ее

волнистости.

получать

различных

нахлесточные

вариантах

по

прак­

случаях,

разрушаются

Электролитическое кромку

талла

слоя

олова

малой

получать

при

испытании

по

вдали от шва.

нанесение на медную

или

толщины

хорошие

цинка

при

(3 ... 8

мм)

соединения,

сварке

ме­

позволяет

так

как

слой

покрытия, выполняющий роль барьера, кроме

тически любой площади. Ограничения налага­

того создает перед движущейся волной жидко­

ются

го металла прослойку, облегчающую смачива­

на

максимальную

заготовки

из-за

толщину

опасности

ее

метаемой

разрушения

при

ние поверхности расплавом алюминия.

образовании второго перегиба в процессе де­

формирования

под

воздействием

продуктов

разложения взрывчатых веществ (ВВ). Ограни­ чения

на

минимальную

толщину

заготовки

связано с появлением нестабильности процесса детонации

при

чрезмерном

уменьшении

тол­

щины слоя ВВ.

Есть опыт создания более сложных по­ крытий: порядка

сварка

имеет

рокачественные

соединения

с

минимальным

количеством интерметаллидной лее

просто

фазы.

затем

Возможно

оловом

или

путем

толщиной

алитирование

810 ... 820

в

ОС, время

покрытие поверхности

свинцово-оловянистым при­

поем методом лужения.

Легирование шва кремнием при аргоно­ дуговой

сварке проводят через

присадочный

металл (проволока типа АК5).

Наибо­

Применение

более

жестких

режимов

сварки, чем необходимо для сварки алюминия,

единенная. Толщина и диметр заготовок огра­

способствует получению удовлетворительного

возможностями

телескопические

И

никеля

со­

ничены

свариваются

мкм

50 с).

10 ... 20

схожую со сваркой взрывом при роду образо­ вания соединения, что позволяет получать доб­

электролитическим

заготовку слоя

расплаве алюминия (Т = меди

Магнитно-импульсная

нанесение

на медную

оборудования

(глав­

качества соединения. С уменьшением скорости

ным образом емкостью конденсаторных бата­

сварки

рей, долговечностью индуктора). Реально сва­

растет время пребывания зоны контакта мате­

ривают

риалов

40

трубные

заготовки

диаметром

до

мм при толщине стенки порядка J ,О ... 0,2 мм.

Сварка

плавлением

может

осуществ­

ляться только в том случае, когда обеспечива­

ется

в

может

основном позволить

раниченным

плавление получать

(6 ... 8 %)

в

алюминия. шве

металл

Это с

ог­

содержанием меди, что

обеспечивает оптимальное сочетание свойств соединений. Основные пути

решения задачи:

применение рюмкообразной разделки кромок,

увеличивается

при

Нанесение на медную кромку электроли­ тическим путем слоя цинка толщиной порядка

60

мкм

при

аргонодуговой

снизить содержание

3- 5

меди

сварке

в шве до

позволяет

1 %

и в

раз уменьшить протяженность интерме­

галлидной

прослойки

со

стороны

меди

(до

меди

(18,8 ... 20,9)

8,

где

8-

в

шов,

интенсивного

Рекомендуется

роста

выбирать

погонную энергию из соотношения: =

q/V

=

толщина свариваемого

материала.

Смещение

электрода

теплопроводной

меди

в

сторону

должно

более

составлять

(0,5 ... 0,6) 8.

13.6.

СВАРКА МЕДИ С ТИТАНОМ

Титан и медь обладают разными физиче­ скими

использованиебарьерных подслоев.

температуре

интерметаллидов.

снижение опасности перегрева металла в корне шва, легирование металла шва рением, цинком,

переход

свойствами,

кристаллических

резко

отличаются

решеток

и

типами

размерами

атом­

ных радиусов. Малая взаимная растворимость,

образование

единений

хрупких

интерметаллидных

(Ti 2Cu, TiCu,

легкоплавкой

Тi2Сuз,

эвтектики

меди с титаном (табл.

13.8

со­

TiCU2,

ТiСuз) и

затрудняют

сварку

и

13.9).

СВАРКА МЕДИ С ТИТАНОМ

Взаимная растворимость меди и

13.8.

титана,

%

во

сопряжено

трещин.

(ат.)

197

отличаются

Тев , ос

Медь в а-титане

Титан в меди

0,5 0,6

0,2 0,5 1,6 2,0

300 500 600 700 798 800 850 870

с

опасностью

Рассматриваемые

возникновения

материалы

по температурам

сильно

плавления и дру­

гим теплофизическим характеристикам. В связи с указанными металлургическими

и физическими особенностями для этой пары материалов наиболее перспективна сварка дав­ лением. Применение методов сварки в жидкой

фазе возможно при условии плавления только медной заготовки (режим сварко-пайки) с ог­

1,6

раничением

3,9 5,2 6,5

продолжительности

контакта рас­

плава с твердым металлом или с использовани­

ем

промежуточных

вставок,

играющих

роль

барьера. Сварка плавлением ведется с расплав­

13.9.

лением

Интерметаллидные соединения в системе титан

-

лишь

режимов

медь

меди.

Использование

способствует

жестких

сокращению

времени

контакта расплава с твердым титаном.

Атомная Соединение

доля

меди,

Ti 2Cu TiCu Ti 2CU4

%

Тi 2 Сu з

30 ... 33 48 ... 52 57 60

TiCU2 TiCU4

78 ... 80

-

Температурная

область существования,

<850 ос

твердость,

TiCU2

дает

соединения

механическими

с

удовлетворитель­

свойствами

только

на

тонких листовых заготовках. При аргонодуго­

4420 5530 5000 5970 2530 5040

1015 984 918 865 878 ... 850 870

распадается

режимах

ными

МПа

ОС, не более

Примечаиие. Соединение

ратуре

Электрон но-лучевая сварка на жестких

Микро-

вой сварке предварительное напыление плаз­ менным методом медного покрытия толщиной мм на титановую кромку, смещение

электрода

от

мм

2,5 .. .4,5

под углом

оси

стыка

в

сторону

меди

на

и

разделка титановой заготовки

45°

несколько улучшают условия

формирования шва, но не предотвращают пол­

при темпе­

на две фазы:

0,15 ... 0,25

Ti 2Cu"

ностью появления интерметаллидов. При по­ следующем

нагреве

ос

400 ... 500

TiCU4.

резко

такого

соединения

снижаются

до

прочность

и

пластичность.

Характерная особенность взаимодействия титана

с

медью

при

высоких

температурах

-

Предложен способ сварки меди с титано­

выми

~-сплавами,

обладающими

объем НО­

очень быстрый эвтектоидный распад. Поэтому

центрированной кристаллической решеткой и

растворы одного элемента в другом не удается

более высокой растворимостью меди. К числу

зафиксировать в сплавах ни при каких скоро­

~-стабилизирующих элементов,

стях охлаждения. Кроме того, наличие в систе­

образуют с медью интерметаллидных фаз, от­

ме легкоплавкой эвтектики, имеющей откры­

носятся молибден, ниобий, ванадий, тантал.

тый максимум плавления, способствует обра­

зованию жидкой прослойки по линии контакта двух металлов уже при температуре 860°с.

Поэтому основная задача при сварке титана с медью состоит в том, чтобы избежать появле­ ния интерметаллидов. Для этого необходимо:

либо устранить перемешивание металлов при сварке плавлением, либо вести процесс в твер­ дом

состоянии

при

температурах,

ограничи­

вающих диффузию одного металла в другой. В условиях сварки плавлением, когда материал

обеих заготовок находится в жидком состоя­ нии, в металле шва при кристаллизации будут

неизбежно появляться интерметаллиды и лег­ коплавкие эвтектики. Последнее обстоятельст-

которые

не

Опробованы ~-сплавы двойных систем: титан

-

молибден, титан

-

ниобий, титан

тал и сплав ВТ15 толщиной

1,5 ... 2

няли

электродом.

АДС

неплавящимся

-

тан­

мм. Выпол­ Дугу

смещали от оси щва на медную кромку. Из табл.

13.1 О

видно, что только сварные соедине­

ния сплавов

Ti - 30 % Nb и ВТ 15 - меди. Наиболее

нопрочны ОМ

с медью рав­ высоких ме­

ханических свойств сварных соединений дос­

тигали

в

тех

минимальное прочные

сплавов

(ав

случаях,

когда

расплавление

соединения

Ti - 30 % Nb

обеспечивалось титана.

получены

при

Более сварке

и ВТ 15 с бронзой БрХО,8

= 286 МПа; а = 106 ... 162°).

Г.lава

198

13.10.

13.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Режимы сварки и свойства соединений сплавов титана с медью Марка и

Ь, мм

Соединяемые металлы

1", А

ИЗ' В

Смещение

диаметр

электрода на

присадоч ной

+

ВТ15

МI

Аl-

Ti - 3 %

37 % Nb +

М

cr B,

а, о

МПа

~11:.Jb •.\1\1

ПРОВО.10КИ. М\I

3

250

10

БрХО,8:

1,2

2,5

181 ... 207

5

400

12

БрХО,8;

2,0

4,5

191 ... 227

2

260

10

МСрI0;

1,2

3,0

I 400

5

12

МСрl0;

2,0

4,5

-

161 ... 245

90

116... 141

90'

236... 243

120

223 ... 226

91'

. Значения cr B и а образцов, подвергнутых нагреву до ROO ос в течение 5 мин. Подтверждена возможность получения хо­

сплавами необходима тшательная зашита зоны

рошо сформированных швов при сварке титано­

сварки от взаимодействия с газами. Сварные

Ti - 3 % Аl - 37 % Nb с толщиной 2: 3 и 5 мм. обладаюших

соединения ниобия с медным сплавом характе­

вых сплавов ВТ15 и медью М1

удовлетворительными

ризуются высокой химической неоднородно­

механическими свойст­

стью металла шва.

теплового

нения титана с

Одним из перспективных методов соеди­

вами.

Для

зашиты

от

воздействия

медью является использование

сварочной дуги и предотврашения контакта с

переходных биметаллических элементов, по­

жидкой медью на титановую кромку методом

лученных совместной прокаткой или сваркой

плазменной

взрывом. Способ сварки с применением

металлизации

покрытие толшиной

наносили

пластин толшиной

0,15 ... 0,25 мм. 3 и 5 мм на

кромке

одностороннюю

выполняли

под углом

медное

При сварке

титановой разделку

шественные

недостатки:

вставки

усложняют

конструкцию соединения, затрудняют процесс

сборки

45°.

Радикальным решением при сварке плав­

и

сварки

и

значительно удорожают

изделия. Кроме того, следует учитывать корро­

лением является применение вставок из ниобия

зионную стойкость соединений из

или тантала.

ных

В настоя шее время разработано несколь­ ко способов сварки плавлением титана с ме­ дью,

предусматриваюших применение

жуточных

металлов

-

вставок

из

или

металлов,

если

предназначается для

сварная

работы

в

разнород­

конструкция

агрессивных

средах.

Для получения высококачественного со­

проме­

тантала

npo-

межуточного тугоплавкого металла имеет су­

единения

разнородных

металлов, склонных

к

ниобия и ванадия, а также сплавов титана со

образованию интерметаллидных фаз, необхо­

стабильной ~-структурой.

димо:

сварке получа­

создать условия для физического кон­

ют соединения с высокой пластичностью (угол

такта по всей площади соединяемых поверхно­

загиба

180°). При АДС этот показатель состав­ 120 ... 160°. Ударная вязкость на уровне 700 ... 800 кДж/мм'. Разрушение при испытании

стей в начальный период сварки, когда диффу­

ляет

зионные

сварных соединений происходит по границе с

таллов, ограничив максимальную температуру

медным сплавом.

нагрева

При электрон но-лучевой

При меняя промежуточное кольцо из нио­

npoueccbI

не успели развиться;

замедлить заготовок.

взаимную диффузию и,

тем

самым,

ме­

исключить

появление интерметаллидов в зоне контакта;

бия, АДС соединяли обечайки из титана и хро­

активизировать соединяемые

мистой бронзы. Прочность таких соединений

ности в основном за счет пластической дефор­

ограничивается прочностью медного сплава и

мации металлов. Изменяя в широких пределах

составляет 310 ... 325 МПа. Отмечается, что при

параметры

использовании ниобия в качестве промежуточ­

обеспечивая оптимальные условия формирова­

ного

ния

металла

при

сварке

титана

с

медными

режима

диффузионной

поверх­

сварки

и

соединения, можно получить хорошее не-

СВАРКА МЕДИ С ТИТАнам

199

посредственное соединение не только титана с

в молибдене при

медью,

[1,5

но

и

других

ограниченной

металлов,

взаимной

обладающих

растворимостью

1223 К растворяется 2,2 % Си (%)]. табл. 13.11 видно, что во всех случаях

мас. доли Из

и

резко отличающихся своими физико-химичес­

прочностные

кими свойствами.

ных диффузионной

Диффузионная сварка без применения

свойства

соединений,

сваркой

вом, выше, чем при индукционном.

барьерных слоев возможна в узком диапазоне

шая

соединения с низкой прочностью.

венном соединении титана с медью.

Более ные

высокие

показатели

дью достигаются ных слоев,

и

при

титана

с

ме­

использовании барьер­

препятствующих

взаимодействию

ли

при

получения

ния используют прослойки из ванадия, молиб­ дена, ниобия.

Оптимальный

режим

диффузионной

сварки меди МО6 с титаном ВТ1 без при мене­

ния промежуточной прослойки: Те. = Р =

МПа,

6

t

соединения

=

20

ниже

ограниченной

973

К,

мин. Прочность полученного прочности

исходных

мате­

Р =

15

МПа,

t = 20

соединение

гом.

Сущность этого способа заключается

том,

что

на свариваемых

сматриваются

случае

к

направлению

пов и впадин

Диффузионную

сварку

титановых

спла­

им

свариваемые

сжимающего

усилия.

Таким способом были сварены пластины тита­

что оптимальная

этом

в

поверхности деталей должны находиться под углом

ванадия.

в

с

преду­

выступы и соответствующие

ческие детали диаметром

сварки

поверхностях

впадины, а при соприкосновении

на с медью размером

Температура

титана

медью осуществлено холодной сваркой сдви­

нения целесообразно использовать прослойку К.

де­

1223 К,

мин.

риалов. Для получения равнопрочного соеди­

993

непосредст­

макропластической

Непосредственное

равнопрочного соедине­

при

формации меди достигаются при Те. =

соединяемых металлов.

Для

наблюдается

нагре­

Наимень­

Наиболее высокие прочностные показате­

стабильные прочност­

соединении

при

прочность

получен­

с печным

чается

почти

65

х

100 мм и цилиндри­ 16 мм. Установлено,

величина угла заточки

высту­

7°. Прочность соединений полу­ в 2 раза больше, если выступы

вов ОТ4 и ВТ14 с медью М1 и бронзой БрХО,8

расположить на более мягком металле и вдавли­

проводят с применением прослоек из молибде­

вать их во впадины на твердом.

на или

Про­

Необходимость применения в конструк­

слойку напыляют на титан, и образец перед

ции медных деталей, плакированных титаном,

сваркой отжигают в вакууме при

способствовала разработке технологии получе­

чение

3

ниобия

толщиной

ч. В табл.

ние отрыву

13.11

и режимы

ва с медью

мм.

0,1 ... 0,2

1673

К в те­

приведено сопротивле­

сварки

и бронзой

через

титанового

спла­

промежуточный

вместной прокатки. Такие медные листы, пла­ кированные

товления

материал.

Более

ния титаномедных полос и листов методом со­

высокие

прочностные

показатели

связаны с тем, что молибден и ниобий образу­ ют с титаном

твердые

растворы,

а

в

При

изготовлении

с

применение

13.11.

ограниченные

растворы.

для

изго­

напряженных частей химических аппаратов.

контакте

медь

образует

используются

сивных средах, а также для производства тепло­

их с медью не возникает хрупких фаз. Ниобий медью

титаном,

токопроводов, работающих в агрес­

совместной

биметалла

прокаткой

титан

-

рекомендуется

ниобиевых прокладок толщиной

Режимы диффузиониой сварки титана с медью и свойства соединений

Материал прослойки

Без прослойки

Те., ос

(,

р,МПа

Ниобий (напыленный)

0,1

а., МПа

64/147 ... 160

800/800

Молибден (напыленный)

Ниобий (фольга Ь =

мин

30/300

5,0/3,5

80... 115/190...220 72 ... 105 / 190...220

950/980 мм)

93/220...272

Примечаиие. В числителе приведены режимы сварки и значения прочности соединений, полученных при использовании индукционного, а в знаменателе

-

печного нагрева.

Глава

200

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

13.

0,1 ... 1,5 мм. Отмечается необходимость

средственно, имеют низкую прочность, не об­

тщательной защиты соединяемых поверх­

ладают высокой термической стойкостью при

ностей от окисления при нагреве и про ка­

сохранении вакуумной плотности. Это связано

те, для чего процесс должен осуществляться в

вакууме

или

Прочное

сцепление

герметизированной

листов

относительной деформации

оболочке.

происходит

при

20 ... 75 %. 8

слу­

чае непосредственной прокатки титана с медью рентгеноструктурным

ной

зоне

ТiСuз,

анализом

обнаружены

TiCu,

в

пригранич­

интерметаллиды

типа

ТiзСu.

Для получения соединений а-сплавов ти­

тана с медью ~] стабильного качества целесо­ образна сварка взрывом с применением проме­ жуточного слоя

-

ниобия. Толщина ниобиевой

прослойки изменялась в пределах

0,3 ... 1

мм в

зависимости от толщины свариваемых титано­

вых

(5 ... 15

мм) и медных

(3 ... 8

мм) листов.

Предел прочности соединения в состоянии по­ сле сварки составлял

МПа, а после

27\ ... 30 I

высокотемпературного нагрева (до

850 ... 900 ос - ]96 ... 204 МПа.

с выдержкой в течение] ч)

При этом появления охрупчивающих прослоек не наблюдалось.

Сваркой взрывом получены высококачест­

венные непосредственные соединения ~-сплава

Ti - 3 %

А1

с медью М1, работоспо­

- 37 % Nb

собные при нормальной температуре.

13.7. СВАРКА

значительным

МЕДИ С ТУГОПЛАВКИМИ

МЕТАЛЛАМИ (МОЛИБДЕНОМ,

Медь с молибденом взаимно нераствори­ медь способна смачивать его

водит к появлению напряжений при термоцик­

ции напряжений и расширения зоны объемного

взаимодействия диффузионная сварка меди и молибдена наносимый

кель

диффузионная

и

электронной

8

элек­

про­

взаимной

133

МПа (температура сварки

сварки

усталостная

прочность

Сварные

соединения

меди с вольфрамом

ность.

Оптимальный

вольфрамом

(Те.

= 1223

через

К, Р

никелевую

МПа,

= 16

1,5

мм с молибде­

ном 8М2 и танталом толщиной случай,

когда

стержни диаметром

14

мм

втулки с толщиной стенки

0,5

мм встык

молибденовые

надевают

1,5

с

прослойку

мин) обеспе­

t = 25

Указанные выше режимы не гарантируют получения

прочных

медно-вольфрамовых

держивающих

сборочных

многочисленные

единиц, (до

и

вы­

20 000)

термоциклы. Для снижения внутренних напря­

жений, вызванных разностью коэффициентов линейного расширения соединяемых материа­ лов,

приводящих

к

появлению

трещин

в

вольфраме и молибдене, диффузионную сварку при

температурах

для молибдена в течение

\5

973

для

вольфрама

К при давлении

мин. На свариваемые

поверхности вольфрама и молибдена наносят при

10... 15

испытании

мкм. Прочность со­ на

срез

27 000

100

МПа,

термоциклов

без разрушения.

медные

мм и сварку про­

не образует, в качестве прокладки при сварке применяют термически обработанную бронзу

БрБ2. Ниобий удовлетворительно сваривают с медью

и

медными

сплавами,

с

которыми

он

образует ограниченные растворы.

внахлестку.

Сварка меди с ниобием осложнена значи­

обоих случаях соединения вакуум но-плотные.

тельным различием в температурах плавления

водят

8

на

проч­

меди

Тантал с медью растворов и соединений

Одним из вариантов электронно-лучевой

является

сварки

чивает прочность соединения.

лей механической обработкой.

сварки меди М\ толщиной

в

непосредственно

режим

соединения выдерживают

изготовлением из полученной заготовки дета­

ОС,

время

соединения

имеют невысокую

го

последующим

700

МПа,

15

условиях термоциклирования.

никель толщиной

с

с

мин). При этом значительно увели­

15

чивается

единения

меди

Ни­

растворимостью

сварочное давление порядка

мышленности распространен способ заливки в расплавом

мкм),

молибден.

получать сварные соединения с уровнем проч­

ности до

специальные оправки в вакууме молибденово­ стержня

на

режимах

(5 ... 7

обоими свариваемыми металлами и позволяет

1073 К, 15 МПа

сварка.

на тех же

гальванически

обладает

проводят

сварко-пайка,

выполняется

через промежуточный слой никеля

ний этого сочетания материалов нашли приме­ нение

коэффициентов

лировании сварных соединений. Для релакса­

поверхность. Поэтому для получения соедине­

трон но-лучевая

различием

медно-молибденовых

ВОЛЬФРАМОМ, ТАНТАЛОМ, НИОБИЕМ)

мы, но жидкая

со

линейного расширения этих металлов, что при­

по

кромке

медной

втулки

Сварные соединения вольфрама и меди, выполненные

диффузионной

сваркой

непо-

и теплопроводности и различной реакцией на

присутствие

водорода.

Поэтому

для

сварки

СВАРКА ТИТАНА С АЛЮМИНИЕМ

плавлением при годен только ниобий с низким содержанием

растворяется

водорода.

2,2 %

Си

При

950

ос в никеле

мас. доли

[1,5

201 и сопровождается образованием

(60 ... 64 % AI)

соединения ТiАl з . В результате третьей реак­ ции из сплава, содержащего

(%)).

При аргонодуговой сварке вольфрамо­ вый электрод располагают над медной кромкой

дельная

при небольшом ее превышении над кромкой

имеет весьма малую величину:

второй заготовки (порядка

0,2 ... 0,25

мм), при

растворимость

титана

при температуре превращения,

электрон но-лучевой луч смещают в сторону

С

медной заготовки на

уменьшается и достигает при

-0,75

ее диаметра. Про­

понижением

температуры

0,07 %.

положению пятна нагрева на изделии. В случае

области ~- и а-растворов.

него

в

алюминии

0,26 ... 0,28 % равной 665 Ос. растворимость

20

ос величины

Алюминий в титане дает ограниченные

цесс сварки критичен к точности сборки и рас­ отклонений от

получа­

0,15 % Ti,

ется твердый раствор титана в алюминии. Пре­

появляются непровары,

При сварке плавлением титана с алюминием

прожоги, подрезы. Из-за высокой теплопро­

при расплавлении титана невозможно избежать

водности расплав быстро кристаллизуется и в

охрупчивания

шве могут фиксироваться выделяющиеся пу­

мость титана в алюминии и большая скорость

зырьки газа. Этот дефект устраняется при по­

образования

вторном переплаве.

металлами способствуют получению хрупких

При электронно-лучевой сварке бронзы

шва.

Незначительная

химических

раствори­

соединений

между

реактивных фаз в сварных швах. Сварные со­

БрХО,7 с ниобиевым сплавом ВН2 дЛЯ мелких

единения

деталей луч равномерно распределен на обе

ны к эксплуатации. Используя различие темпе­

детали. При большей массе деталей луч дол­

ратур

жен быть смещен на

можно вести без расплавления титана при на­

на

на ниобиевый сплав и

2/3

на бронзу.

1/3

плавления

личии

Сварные соединения, выполненные арго­

с такими

жидкой

алюминия

нопрочны

ческих

при

испытании

материалу

идет

по

пластичны (угол загиба

меди)

(разрушение и достаточно

Металлы, значительно отличающиеся по­ номером

электронному

от

титана,

строению

и

очень

разные

величине

по

атомных

радиусов, плохо свариваются с титаном. К ним относятся такие наиболее распространенные кон­ струкционные металлы, как железо па), алюминий

(111

группа) и медь

с титаном

мер

могут

Разработка

СВАРКА ТИТАНА С АЛЮМИНИЕМ

рядковым

ванны

(Vll1 груп­ (1 группа).

хрупки

и

и

непригод­

алюминия,

алюминия.

При

взаимодействия и

применение

существенно

сварку

этом

жидкого технологи­

уменьшить

количество хрупких фаз в сварном шве.

120 ... 1800).

сварки,

13.8.

титана

кратковременность

нодуговой и электрон но-лучевой сваркой, рав­ основному

швами

технологических

обеспечивающих

механические

свойства

процессов

удовлетворительные сварных

соединений,

правильный выбор способа и параметров про­ цесса требуют определения

предельно допус­

тимых температурно-временных условий взаи­

модействия свариваемых металлов. На рис. периода

13.13

задержки

представлена зависимость образования

соединения

ТiА1 з от температуры.

Между тем во многих отраслях техники опти­ мальные служебные свойства сварных изделий можно

получить

при

изготовлении

их

в

соче­

тании титана именно с этими металлами.

Титан и алюминий

-

металлы, имеющие

весьма различные физико-химические и меха­ нические свойства. Характер их взаимодейст­ вия описывается диаграммой состояния, отно­

сящейся к системам с

перитектическим

пре­

ИнтернеталлuiJо8 нет

вращением.

В системе титан

-

алюминий возможны

три перитектические реакции. Первая протека­ ет при температуре

у-фазы,

1460

представляющей

ос с образованием

собой

химическое

соединение типа

с концентрацией алюми­

ния

при температуре

TiAl 36,03 %, вторая -

1340

ос

Рис.

13.13. Температурио-времеииые

зависимости

образоваиия соедииеиия ТiAl з в коитакте титаиа с жидким алюмииием:

1-

экспериментальные данные;

2-

расчетные данные

Глава

202 В связи

13.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

с отмеченными

особенностями

получить соединение при расплавлении обеих заготовок

твердый

с

металлом

раствор,

шва,

ке

или

травлению

250

мл/л

HCI

в

растворе,

40 ... 50

г/л

содержашем

NaF.

Сварку стыковых, нахлесточных и тавро­

представляющим

практически

и

вых соединений (рис.

невозможно.

13.14)

проводили непла­

Шов всегда будет содержать интерметаллиды,

вяшимся электродом в аргоне. Дугу перемеша­

сильно охрупчивающие

ли

соединение.

Наличие

преимушественно

по

поверхности

периода задержки образования интерметаллида

ния,

ТiАl з при сварке титана с алюминием позволя­

оси стыка колебалась в пределах

ет сваркой плавлением получить удовлетвори­

тельное соединение.

при

этом

зависимости

Однако технологический

величина

от

смешения

толшины

алюми­

электрода

мм в

0.. .4

титанового

листа.

В качестве присадочного материала использо­

процесс и его энергетические параметры необ­

вали проволоку марки АК-5 диаметром

3

ходимо выбирать таким образом, чтобы пере­

расход аргона в горелку составлял

л/мин

грев

(табл.13.12).

алюминия

превышал

в месте

800 ... 850

контакта

ос.

с титаном

Поэтому,

не

применяя

Одним из

-10

мм;

главных условий получения

различные источники теплоты и технику свар­

высококачественного

ки, до расплавления доводят только алюминий,

алюминием

смачивающий титан и образуюший с ним свар­

процесса с максимально возможной скоростью,

ное

предупреждаюшей расплавлениетитана.

соединение.

например,

для

Такой

способ

получения

использован,

сварных

разрыв

Разработана технология изготовления ти­ электролизеров

с

титана

непрерывное

с

ведение

При испытании сварных соединений на

нахлесточ­

ных соединений. тан-алюминиевых

соединения

является

разрушение

сплавления

прочности

примене­

или

по

77 ... 84

происходит алюминию

по с

линии

пределом

МПа, Т.е. на уровне менее

нием метода сварки с преимушественным рас­

прочного основного металла (ОМ)

плавлением алюминия. Аноды электролизеров

Непосредственная

изготовляли из листов титана ВТ 1-0 толшиной

только алюминия не всегда дает стабильные

2

мм и листов алюминия Адl толшиной

8 мм.

результаты

и

во

сварка

многих

с

-

алюминия.

расплавлением

случаях

ограниченно

Все алюминиевые детали перед сборкой

при годна. Значительный интерес представляет

подвергали травлению в растворе едкого натра

способ соединения титана с алюминием с при­

(150 ... 180 г/л) течение 0,5 ... 2

при температуре

60 ... 80

ос в

менением зашитного слоя

мин, затем их промывали про­

точной водой и осветляли 30%-ным раствором

Слой

НNО з при температуре

(рис.

1,0

20

ос в течение

из алюминия, нано­

симого перед сваркой на титановую кромку.

0,5 ...

мин. Детали из титана подвергали шабров-

может

13.15)

быть

или

нанесен

алитированием

наплавкой титановых

кромок в расплаве технического алюминия.

J

2 б)

о) Рис.

1 и 2-

13.14. Тавровое

(а), иахлесточиое

(6),

стыковое (в) соедииеиия и схема процесса сварки:

алюминиевая и титановая пластины соответственно;

13.12. Режимы

Ь, мм Аl

Ti

8

2

Нахлесточное Стыковое

сварочная горелка;

4-

присадочная проволока

сварки титан-алюминиевых соединений анодов электролизеров

Тип соединения

Тавровое

3-

8... 10

8... 10

ICB' А

QAr, л/мин, в поддув

270...290

12

190...200

15

240...285

8

СВАРКА ТИТАНА С АЛЮМИНИЕМ

или

по зоне

203

шва, обедненной

легируюшими

элементами.

Проводили работы по сварке тонколисто­ вого

П)

с

алюминием

с

технический титан и

а также сплавы ОТ4

BT1-1,

с алюминием АД 1 и сплавом АМг6

BT5-1

толщиной

и

1; 1,5; 2; 3

выполняли

6)

в расплаве

мм. Алитирование

6

чистого алюминия,

ос

720 ... 780

13.15. Схема сварки стыкового (а) и (6) титаи-алюмиииевого соедииения:

Пластины

1- алюминиевый сплав

и

времени выдержки

сваривали

ем

присадочной

проволоки

свариваемых сплавов

соблюдении оптимальных режимов

алюминиевую кромку (табл.

который

удается прочно

сцеплен с титаном. Перед сваркой титана тол­

щиной

мм

>8

с

алюминиевыми

сплавами

электрода

при

ванную титановую

кромок

технического

алюминия.

/СВ =

А, ИД =

170 ... 180

садочного материала

16... 18

л/мин.

Затем

механической титановая

наплавка

с

наплавки:

18 ... 20 В, диаметр при­ 5 ... 8 мм, расход аргона

обработке.

кромка

алюминиевой

Режим

слой

подвергается

После

наплавкой

и сваривается

подготовки стыкуется

присадочной

волокой состава, соответствующего риваемого алюминиевого сплава.

с

Режим свар­

сварке

и со смещением дуги

равнял ось

на

Смешение

13.13). по

величине

сформированы,

полное

при

хорошем

проплавление

формировании

обратной стороны шва, которое обеспечивается специальной

подкладкой.

Установлено,

что

охрупчивающие интерметаллидные прослойки по линии контакта двух металлов отсутствуют, расплавления

титана

и

его

перемешивания

с

алюминием не происходит.

про­

марке сва­

АД 1 или

этой технологии сварные соединения удовле­

творительно

наплавляют

марки

толщине свариваемых пластин. Полученные по

АМг6, Д20 и АД 1 на предварительно алитиро­ кромку

с.

АМг6 в зависимости от химического состава

титана в расплаве алюминия под флюсом. При алюминия,

25 .. .40

аргонодуговой сваркой

встык неплавящимся электродом с применени­

Даются рекомендации по алитированию

слой

под

слоем флюса АН-А 1 при температуре ванны

таврового

получить

предварительным

алитированием титановых кромок. Сваривали

L!:hAL Рис.

титана

Сварка давлением

-

весьма перспектив­

ный способ соединения разнородных металлов, в

том

числе

титана,

с

другими

металлами.

ки и число проходов выбирают исходя из тол­

Важной особенностью этого способа является

щины соединяемых элементов. Предел прочно­

то,

сти таких соединений

межатомное и

110 ... 270

колеблется

в пределах

МПа и зависит от толщины слоя на­

что

образование

физического

контакта,

объемное взаимодействия

при

формировании соединения происходят в твер­

опти­

дой фазе. Физический контакт возникает в ре­

мальная величина которого не должна превы­

зультате пластической деформации более мяг­

щать

кого из соединяемых металлов, а образование

плавленного

технического

мм. Сварные

1... 1,5

угол загиба

17 ... 300,

алюминия,

соединения

имеют

а разрушение при растя­

жении происходит по алюминиевой прослойке

Ь, мм

'СВ, А

Ид, В

+ АДI

2

90 ... 100

]2... 14

+ АМг6

3

120... 130

14... 16

2

90 ... 100

12... 14

Свариваемые металлы

ВТ1-1

ВТ5-1

степени

деформации при контактных

Режимы сварки и механические свойства соединений титана с алюминием

13.13.

ОТ4

металлических связей завершается при опреде­

ленной

Марка, диаметр присадки, мм

АДI;

2,5

+ АМг6 АМг6;

6

220... 250

18...22

(JB'

МПа

а, о

82 ...93

180

169...240

90

166...231

80

212 ...308

60

238 ...318

45

2,0

Глава

204

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

13.

объемов более твердого из соединяемых мате­

Аналогичным по механизму образования

риалов. Диффузия в зоне контакта при водит к

соединения является способ получения титан­

формированию ЗТВ, состоящей или из неогра­

алюминиевых трубопроводов с помощью хо­

ниченных

лодной сварЮI за счет совместного деформиро­

твердых

ченных твердых

растворов,

растворов

или

из

ограни­

с появлением

эвтек­

При сварке разнородных металлов давле­ нием

часто

кладки.

используют

Они

металлов, свойств

промежуточные

изготовляются,

свойства

как

которых

свариваемых

про­

правило,

отличаются

металлов,

и

цилиндрическая

Технологический

равки

3 прилагают осевую

вают

канавки

алюминиевую

интерметал-

остаточных

напря-

жений;

которой

и выступы.

2,

имеет

По торцу оп­

силу Р и спрессовы­

заготовку

нии обжимного кольца

4

при

перемеще­

в заданное положе­

ние. Канавки на титановой заготовке заполня­ ются

уровень

совмешают с титановой

I

поверхность

кольцевые

предназна­

образование

ниевую заготовку

из

лидов;

снизить

13.17).

от

чаются для того, чтобы в зоне контакта: исключить

вания заготовок (рис.

процесс сварки заключается в том, что алюми­

тоидов и интерметаллидов.

алюминием,

создавая

контакт

между

со­

единяемыми деталями. По описанной техноло­ гии были сварены титан-алюминиевые трубча­

активировать

поверхность

твердого

тые

переходники

интенсифицировать

диффузионные

с

Получить

Изучение

кинетики

интерметаллидной

образования

прослойки

в

титана с алюминием

при

повышенных

турах

при

температурах

показало,

что

и роста

соединениях темпера­ нагрева

диаметром

1.. .4

мм.

удовлетворительные

титан-алюминиевых

процессы.

внутренним

мм и толщиной стенки

10 ... 100

металла;

соединений

свойства

можно также

с помощью клинопрессовой сварки. Сочетание высокой

степени

температуры

пластической

нагрева

и

деформации,

времени

процесса

создает благоприятные условия для формиро­ вания надежного соединения. Схема процесса

450 ... 500 ос в течение 5 ч по границе контакта титан - алюминий не наблюдается появления

(рис.

фазы ТiАl з . Поэтому многие исследователи для

ных параметров сварки позволяют интенсифи­

и оптимальные величины основ­

13.18)

соединения титана с алюминием и его сплавами

цировать термический и механический факто­

использовали способы сварки давлением.

ры активации контактных поверхностей, огра­

У становлена прочных

сварных

возможность соединений

получения

титана

ВТI

с

ничить

развитие объемной диффузии.

новлено,

что

величина

угла

заточки

Уста­

впрессо­

алюминиевым сплавом АМгб с применением

вываемой детали существенно влияет на один

холодной сварки. Эксперименты проводили на

из главных активирующих факторов

цилиндрических стыковых образцах как с по­

ческую деформацию контактных слоев соеди­

-

пласти­

догревом, так и при нормальной температуре.

няемых металлов. С увеличением угла заточки

Необходимый характер деформирования обес­

титановой

печивали различной величиной вылета h l и

уменьшается. Угол заточки, при котором обес­

свариваемых деталей (рис.

13.1 б).

Чтобы

h2 де­

печивается

детали

прочность

прочность

сварного

соединения

соединения

формировать объем металла, обеспечиваюший

выше прочности алюминиевой части переход­

удовлетворительное

качество

ника (~1200).

осадки циклически

повторяли.

пытаний

показали

нений (ав =

Рис.

высокую

304 ... 31 О

13.16.

процесс

Результаты

прочность

ис­

соеди­

МПа).

Схема стыковой холодной сварки разнородных

1-

сварки,

свариваемые детали;

металлов:

2-

'JаЖЮ1ные губки

Рнс.

13.17.

Схема изготовлення

титан-алюминневого

переходника

СВАРКА ТИТАНА С АЛЮМИНИЕМ

205

Сопоставление этих данных свидетельствует о

том, что диффузионные процессы протекают намного

медленнее,

если

титан

и

алюминий

соединяются в твердом состоянии.

Диффузионную

сварку

титана

BТl-O

с

алюминием АД1 осуществляли при температу­ ре

520 ... 540

ос в течение

60

мин. Полученные

соединения имели предел прочности ~90 МПа, а угол загиба составлял

13.18.

Рис.

Опыты

Схема клииопрессовой сварки нию

лучения сваркой взрывом двухслойных соеди­

+

скоростях

из технического

алюми­

нанесением на титановую поверхность

алюминия алитированием в жидкой ванне;

применением

и свойств соединения от

При

слоя

ками выплнялисьb двумя способами:

8 + 1,5 мм соответственно и трехслойных + АДI + АМг6 с толщиной листов 10 + 2 + 6 мм. Установлена зависимость каче­ сварки.

спла­

ния. Такие слои между свариваемыми заготов­

ОТ4

режимов

соедине­

алюминиево-магниевыми

промежуточного

АД1 с толщиной листов металла

ства формирования

с

180°.

непосредственному

вами подтвердили необходимость применения

Определены оптимальные параметры по­ нений ВТ\

титана

по

алюминиевой

фольги

марки АД \ различной толщины.

соударения

свариваемых пластин в пределах

400 ... 600

м/с

Как при алитировании поверхности тита­

прочность соединения

МПа, что со­

на, так и в случае промежуточной прокладки из

ответствует рочненном

прочности при

100 ... 120

алюминия

взрывном

АДI

нагружении

нии. В случае скорости соударения

в

алюминиевой

уп­

состоя­

>600

единения,

м/с по

линии соударения происходит оплавление ме­

таллов

и

образуются локальные участки

с

ние

1

и

100

до

600

ос с выдержками в тече­

ч на прочность трехслойной компо­

2

зиции ОТ4

+

АДI

+

выделения

13.14

видно, что с

со­

спла­

изменением

соединения.

На

основании

работ

по

500

кими мягкими прослойками можно в зависи­ мости

от вида соединения и

типа сплавов

по­

добрать такую толщину прослойки из техниче­

АМг6. На границе титана с

алюминием после нагрева вплоть до обнаружено

ву. Из табл.

сварные

алюминиевому

оценке прочности сварных соединений с тон­

Исследовали также влияние температуры нагрева от

получены

толщины прослойки изменяется предел проч­

ности

твердостью 3700.. .4100 МПа.

фольги

равнопрочные

ского алюминия, которая обеспечит высокие

ос не

механические свойства сварного соединения.

интерметаллидных

В ряде отраслей промышленности, в пер­

прослоек, что свидетельствует о значительной

вую

величине периода задержки образования фазы

для изготовления изделий применяется биме­

TiA 1з

талл титан

в условиях эксперимента. Энергия акти­

визации Дов,

процесса

образования

рассчитанная

ставляет

268

для

сварки

интерметалли­ давлением,

очередь

-

встречаются

единении

со­

кДж/моль, в то время как для

в

химическом

машиностроении,

алюминий. При сварке биметалла те же затруднения,

титана

интерметаллидов,

с

что

алюминием:

охрупчивающих

со­

соединение.

Обязательное

энергия имеет значение всего

биметалла, обладающего удовлетворительными

13.14. Те., ос

520 ... 540

кДж/моль.

получения

при

сварки титана с алюминием в жидкой фазе эта

163,4

условие

и

образование

Режимы сварки и предел прочности и соединений ВТ1-0

р,МПа

Т, ~IИН

0'., МПа

30

202 ... 224

200

182 ... 191

Место разрушения

Алитированный

+ АМгЗ

Примечание

слой, Алитирование:

сплав АМг3 Прослойка АД1

780 ... 820

ОС,

35 ... 70

Прослойка АД 1, сплав АМг3

с

Прослойка фольги АД\, Ь

= 0,4

мм

60 216 ... 233

соединения

То же, Ь

= 0,2

мм

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

206

свойствами,

-

отсутствие хрупких фаз при кон­

1

такте алюминия с титаном в ЗТВ. Сварка плав­

~

лением биметалла со стороны титана приводи­ ла

к

разрушению

всего

алюминиевого

слоя,

находяшегося в пределах ЗТВ, и к возникнове­ нию интерметаллидных соединений по линии контакта

металлов,

а

иногда

и

к

5

растрескива­

нию шва на титане. Поскольку механическое

Рис.

удаление части алюминиевого слоя биметалла на

тонком

должных

материале

затруднено

и

не

4-

13.19.

1-

шов;

алюминий;

2-

J

Схема стыкового соедииения

биметалла титан

дает

результатов, дуговую сварку титано­

Z

5-

вого слоя биметалла хотя бы с частичным его

-

3-

алюминий: титан;

4-

накладка;

сварная точка

расплавлением следует исключить.

Предложенная

Лучшие результаты дает точечная сварка титанового слоя, а для толщин:::; 1,0 мм

кон­

-

лий

из

технология

тонколистового

сварки

биметалла

изде­

титан

денсаторная, протяженность ЗТВ которой ми­

ВТ1-0

нимальна.

циент конструктивной прочности, равный еди­

На рис.

13.19

представлена схема стыко­

вого соединения биметалла, выполненного по описанной сторона

технологии.

Вначале

биметалла соединяется

-

алюминий АД! обеспечивает коэффи­

нице.

титановая

конденсатор­

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ной сваркой с помощью накладки из того же

материала, что и основной слой. Толщина на­ кладки выбирается из условия равнопрочности соединения ОМ. Затем осуществляется аргоно­ дуговая сварка алюминиевого слоя. При этом титановый

слой

подложки,

на

алюминия.

биметалла

которой

Сваривали

выполняет

формируется

роль

шов

тонколистовой

из

биме­

талл, полученный совместной горячей прокат­ кой.

Толщина

АДl

составляла

0,8 ... 1,0

слоя

технического

1,2 ... 1,5

алюминия

мм, а титана

ВТ1-0

мм. Лучшее формирование шва и пол­

ное проплавление алюминиевого слоя обеспе­

чиваются при

lCB

=

40 ... 50

А с использованием

присадочной проволоки АД! диаметром

2

мм.

Поскольку при таком режиме сварки мощность

дуги недостаточна, чтобы подплавить титан, то он

не

переходит

в

шов.

Интерметаллидный

1.

Диффузионная

Справочник

/

шиностроение,

2.

сварка

материалов:

Под ред. Н.Ф. Казакова. М.: Ма­

1981. 271

Металлургия

титана и его сплавов

/

с. и

технология

сварки

СМ. Гуревич, В.Н. Зам­

ков, В.Е. Блашук и др. Киев: Наукова думка,

1986.240 с. 3. Сварка

в машиностроении. Т.

2/

Под

ред. А.И. Акулова. М.: Машиностроение, 1978.

462

с.

4.

Сварка

Свариваемость

эл. Макарова. М.:

5. сплавов

Сварка

/

и

свариваемые

материалов.

материалы.

Т.

1 / Под ред. Металлургия, 1991. 528 с.

разнородных

металлов

и

В.Р. Рябов, Д.М. Рабкин, Р.С Кур­

слой по линии контакта в этом случае не обна­

ненко, Л.Г.

ружен.

ние,

Стрижевская.

1984. 239

с.

М.:

Машинострое­

Гл а в а

14

ТЕХНОЛОГИЯ НАПЛАВКИ

14.1.

НАЗНАЧЕНИЕ И СПОСОБЫ

Однако простота применяемого оборудо­

НАПЛАВКИ

вания (обычное сварочное), возможность полу­

Сущность наплавки состоит в нанесении сваркой либо другими ность

детали

слоя,

способами

на поверх­

обладающего

требуемым

комплексом свойств. ми

наплавки

Непременными условия­

являются

получение

ях минимальное количество пор и трешин.

В зависимости от назначения детали на­ плавки

подразделяют

на

«изготовительные»

Первые

и

при меняются

для получения на всей поверхности детали или

ее части слоя из особого материала, имеющего

необходимые свойства: износостойкость, тер­ мо- или коррозионную стойкость и т.п., вторые служат

для

восстановления

первоначальных

форм и размеров изношенных деталей с полу­ чением на наплавленной поверхности первона­ чальных свойств или даже лучших.

Способы наплавки, так же как и способы сварки,

классифицируются

по

типу

энергии,

вкладываемой в изделие для получения надеж­ ного

соединения

наносимого

слоя

с

материа­

лом основной детали, на механические, терм 0-

механические и

термические. Наиболее рас­

пространены дуговые методы наплавки.

14.1.1.

Этот вид наплавки при меняется наиболее часто благодаря свой универсальности: детали могут быть практически любой формы, нахо­ диться в любом пространственном положении.

Легирование наплавленного металла происхо­ через

состав

стержня

электрода

и

его

по­

крытие. Минимальная толшина наплавленного слоя

1,5 ... 2

14.1.2.

основного

металла,

его

любой

системы

весьма

распро­

НАПЛАВКА ПОД ФЛЮСОМ

Она выполняется сплошной проволокой, порошковыми

проволокой

И

лентой,

большую производительность (до

5

имеет

кг/ч), луч­

шую равномерность по свойствам наплавлен­

ного металла по его сечению. Применение по­ рошковых

наплавочных

материалов

сушест­

венно повышает диапазон легирования. Осо­ бенно расширяется возможность легирования и уменьшается степень перемешивания основно­

го и присадочного материалов благодаря при­ менению специально изготовленной

магнито­

легирующей шихты.

Данные способы могут использоваться и при наплавке в защитных газах. В этом случае легирование достигается

присадочную четыре

слоя

исключительно через

электродную

необходимости

проволоку.

производить

верхние

талла практически

слои

наплавку

наплавленного

полностью

соответствуют

При

в три­ ме­

по химическому

составу

электродной

проволоки.

При применении неплавящего электрода и присадочной проволоки удается существенно снизить содержание основного

первом слое наплавки (до случае

большой

В

целом

металла даже

20 %),

производительность

жается.

в

хотя в этом

существенно

сни­

же способ характеризуется

проплавляюшей

способностью

и

весьма значительными деформациями.

14.1.3.

суще­

ственным перемешиванием с электродным (до

способ

МЕХАНИЗИРОВАННАЯ И АВТОМАТИЧЕСКАЯ

мм характеризуется значительным

проплавлением

практически

делают

страненным.

составу

РУЧНАЯДУГОВАЯ НАПЛАВКА ПОКРЫТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ

дит

наплавки

хорошего

сплавления, отсутствие или в отдельных случа­

«восстановительные».

чения

легирования

ПЛАЗМЕННАЯ НАПЛАВКА

Различают плазменную наплавку струей

50 %), невысокой производительностью: 0,8 ... 2,5 кг/ч. Наплавленный металл по длине и ши­

дугой

рине наплавки имеет нестрого постоянный

цепь источника питания сварочной дуги). При

хи­

мический состав, а следовательно, и свойства.

(изделие

находится

(изделие

не

под

включается

напряжением) в

и

электрическую

наплавке первым способом получают неболь-

208

шое

проплавление

верхностный стью

основного

ТЕХНОЛОГИЯ

14.

r.1JBa

металла

и

по­

наплавленный слой почти полно­

соответствует

по

химическому

с

оплавлением

предварительно

напы­

ленных поверхностей. Быстрое (до

составу

присадочной проволоке.

При наплавке

НАПЛАВКИ

ОС/с) охлаждение на­

2000

плавленного металла способствует получению

с использованием

свароч­

высокотвердых структур в

наплавке и

поверх­

ной сжатой дуги между электродом и изделием

ности основного металла. Способ весьма эф­

проплавление

фективен, хотя и требует специального дорого­

основного

увеличивается.

металла

Возрастает

шивания основного

и

сушественно

степень

и присадочного

Достоинствами

переме­

го оборудования и обученного персонала. Его используют для

металлов.

первого способа являются

наплавки

лопастей турбин,

клапанов, распределительных валов

и

других

малое проплавление основного металла, низкий

деталей ответственного назначения. Он позво­

уровень

ляет получать наплавленные поверхности тол­

сварочных

наплавка

дугой

тельностью (до

деформаций.

обладает

6

Плазменная

большой

производи­

кг/ч) и может обеспечить по­

лучение за один проход толшины слоя до

6

мм.

шиной до

мм.

0,1

ве

может

достигать

новного металла Э"lЕКТРОШJ1АКОВАЯ НАПЛАВКА

14.1.4.

счет

Такого рода наплавка проводится в вер­ тикальном,

горизонтальном

положении

детали

свободным

с

или

14.1.6.

прокатных валков, зубьев ковшей большой

емкости,

крупномо­

доле

ос­

5 ... 7 %

перераспределения

за

тепло­

мошность луча,

такой

отдельно

идушего

на

наплавки

распределять

подогрев

наплав­

Отсюда ~ возможность добиваться прак­ тически

биметаллических листов и др.

ного

электрошлаковая

Достоинством

возможность

ляемой поверхности и наплавляемого металла.

водстве заготовок для последуюшей прокатки применение

при

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ НАПЛАВКА

камерах.

является

дульных зубьев шестерен и звездочек, в произ­

Широкое

кг/ч

Этот вид наплвки выполняют в вакуум­ ных

-

1

наплавленном

вложения.

или

Рекомендуется для наплавки больших по­ верхностей

до

в

возможности

наплавленного

металла.

экскаваторов

при

наклонном

принудительным

формированием

Производительность

хорошо организованном серийном производст­

слоях

и

минимального наплавочного

наплавки,

перемешивания материалов

прилегаюших

и

к

основ­

только

в

основному

наплавка получила при облицовке поверхностей

материалу

в нефтехимии и атомной промышленности.

дится в вакууме, то выгорание из присадочного

Она характеризуется высокой производи­ тельностью (до

200

кг/ч), малой долей основ­

ного металла в наплавке (до

(3 ... 5 %).

Так как наплавка прово­

материала легируюших элементов исключает­

ся; в результате появляется возможность леги­

хорошим

ровать наплавляемый металл в любых количе­

диапазоном (разнообразием) по толшине на­

ствах и сочетаниях. Присадкой служит прово­

плавки

лока

(2 ... 60

Одним

10 %),

мм).

из

достоинств электрошлаковой

сплошного

наплавки является возможность формировать в

но велика: до

жидком состоянии сечение и форму наплавки.

быть в пределах

Однако большая погонная энергия вызывает сильный

перегрев

основного

металла,

рост

2

0,2 ... 3

установки.

НАПЛАВКА

14.1.7.

Применение нашли три способа лазерной

зону

лазерного

присадочного

луча

с

помошью

порошка

в

достаточно

сложного дозируюшего устройства; с сенного

Такая

оплавлением

на

предварительно

поверхность

риала в виде пасты;

присадочного

персонала

и

малый

КПД

ГАЗОВАЯ НАПЛАВКА

наплавка

ненный способ, подачей

мм.

роговизна оборудования и необходимость ква­

ЗТВ.

с

порошковая.

Недостатками являются сложность и до­

лифицированного

наплавки:

или

кг/ч, толшина наплавки может

зерна в ОШЗ, потерю пластических свойств в

14.1.5. ЛАЗF:РНАЯ

сечения

Производительность такой наплавки достаточ­

-

довольно распростра­

проводимый

на стандартном

оборудовании газопламенного поста. В качест­ ве присадки

используется проволока сплошно­

го сечения или порошковая. Иногда наплавку нане­

выполняют

мате­

ни. В зависимости от компонентов ее легиро­ вания

вдуванием

пламя

порошка

регулируется

от

в

зону

пламе­

восстановитель-

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ

ного до окислительного. изменять

нагрев

8

Это позволяет легко

основного

металла

и

при сад­

209

последнее десятилетие чаще применя­

ют способ наплавки ленты к изделию с исполь­

ки, что может обеспечить в необходимых слу­

зованием

чаях

подслоя, например из порошков типа ПГ-СР.

почти

полное

отсутствие

перемешивания

этом

СЛУ'l3е

основного и присадочного металлов. Наплавка

8

может

напайка.

проводиться

положениях

во

всех

и на деталях

пространственных

практически

любой

происходит как бы

Степень

металла

и

порошкообразного

наплавка­

перемешивания

наплавленного

основного

практически

Производительность может достигать

толшины.

Процесс достаточно энергоемкий, дит к значительному

и ее деформациям. вой наплавки до слоя

промежуточного

0,3 ... 3

3

приво­

нагреву основной детали

Производительность

газо­

кг/ч, толщина наплавленного

мм.

Толщина При

наплавки

зависит

однослойной

~ 1...

от

наплавке

нулевая.

2 .. .4

числа

кг/ч.

слоев.

рекомендуется

мм в случае использования в качестве

1,2

присадки ленты.

14.1.10.

ПЛАКИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЛИСТОВ

ЭНЕРГИЕЙ ВЗРЫВА

14.1.8.

ИНДУКЦИОННАЯ НАПЛАВКА

Это наплавка, проводимая в индукторах. Она подразделяется на два вида в зависимости от состояния присадочного материала.

8

одном

случае твердый присадочный материал поме­ щают

на

наплавляемую поверхность

и

направ­

ляют в индуктор, где он расплавляется.

8

дру­

Этот способ применяется для получения

больших поверхностей или в крупносерийном производстве. Процесс мало чем отличается от

обычной сварки взрывом, используются те же оборудование, камеры, взрывчатые вещества. Полученная в результате сварки взрывом двух или трехслойная заготовка направляется в про­

гом случае отдельно расплавленный присадоч­

катные

ный материал заливают на наплавляемую по­

листа нужной толщины. Способ характеризу­

верхность, затем в индукторе изделие дополни­

ется

тельно

вием

нагревают

до

полного

растекания

на­

высокой

Иногда в обоих случаях используют до­

полнительно флюсы, способствующие смачи­

для

получения

металлов,

Практически

плакированного

производительностью, отсутст­

перемешивания

ного

плавки.

станы

основного

небольшими

толщина

и

наплавлен­

деформациями.

наплавленного

слоя

неограниченна. Однако сложность оборудова­

ванию. Одним из требований при индукцион­

ния

ной

ляемого металла являются существенным пре­

наплавке является

необходимость иметь

материал подложки с более высокой темпера­ турой

плавления,

чем

наплавляемый.

и

ограниченность

ассортимента

наплав­

пятствием для широкого применения способа.

КПД

14.1.11.

процесса невысок, существует опасность пере­

грева основного металла. Однако можно по­

добрать такой режим, при котором почти пол­

НАПЛАВКА ТРЕНИЕМ

Она напоминает обычную сварку трени­ ем,

проводимую при

вращении одного

прутка

ностью исключается перемешивание основного

или заготовки относительно другой при непре­

и присадочного металлов. Производительность

рывном их поджатии друг к другу. Наплавляе­

такой наплавки может достигать

мый металл как бы намазывается на поверх­

толщине наплавляемого слоя

3 .. .4

кг/ч

15

при

мм. Процесс

ность другого. При этом наплавленный слой в

становится эффективным в условиях серийного

зависимости от режима процесса может иметь

производства и чаще всего применяется в сель­

весьма малую толщину

(0,2 ... 0,5

мм).

скохозяйственном машиностроении. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ

14.2. 14.1.9.

ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ НАПЛАВКА

Ее выполняют на несколько модернизи­ рованных

машинах

для

контактной

путем при варки ленточного или

наплавляемого

металла.

проволочного

Толшина

может быть значительной (до

сварки

3

наплавки

мм), однако

Для восстановления или упрочнения на­ плавленных

условий

поверхностей

работы

деталей

разнообразные материалы

в

зависимости

используют как

по

от

самые

структуре,

так и по химическому составу. Именно этими характеристиками

в

основном

определяют из­

целесообразно осушествлять наплавку тонких

носостойкость и стойкость к воздействию ра­

лент в несколько слоев.

бочей

8

этом случае исклю­

среды

наплавленных

поверхностных

чается перегрев, и свойства металла сохраня­

слоев. Рассмотрим основные группы наплав­

ются.

ленного металла.

Глава

210

ТЕХНОЛОГИЯ НАПЛАВКИ

]4.

ПЕРЛИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

14.2.1. Состав

перлитных

материалы, содержащие в своей структуре наря­

материалов

(Нп-25,

Нп-20ХГСА, Нп-90ХГСА и др.) обеспечивает в зависимости от скорости охлаждения наплавки

перлитно-сорбитную наплавленного

25 .. .40

металла

находится

мартенситной

сопротивление

Наплавочные

Твердость

износостойкость

HRC,

уступает

структуру.

износу

применяют для

структуре,

при

материалы создания

на

трении

этого

уровне

значительно поэтому невысоко.

класса

«Подслоя»,

на

часто кото­

рый наплавляют слой повышенной твердости.

ду с

мартенситом

ном

Данные материалы характеризуются об­ разованием

мартенситной

структуры

сразу

после наплавки. Обладая повышенной твердо­

стью, стойкостью при абразивном износе, на­ плавка

этого

типа

характеризуется

содержанием плавки

углерода. мо

ными пластическими свойствами, хрупкостью, (ХТ). При работе в условиях ударного нагру­ жения возможны отколы по основному метал­

после наплавки феррита. с

повышенной

ледебуритная

антикоррози­

в

содержа­

структуре

составляющая,

износостойкость

пригодной

поми­

обладают

С увеличением

(Э-120Х 12Г2СФ)

повышает ее

и

на­

количества

наплавки

жаростойкостью

углерода

делает

увеличением

износостойкости

онными свойствами.

резко

снебольшим

Износостойкость

Низкоуглеродистые

достаточной

имеют в основ­

структуру

повышается

для

что

наплавки

наплавки

и

режуших

кромок инструмента.

14.2.3.

понижен­

склонностью к образованию холодных трещин

ВЫСОКОМАРГАНЦОВИСТЫЕ

АУСТЕНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Материалы типа Нп-Гl2А при резком ох­ лаждении от температуры

1000

ос образуют

аустенитную структуру с повышенными вязко­

стью и пластичностью. Длительная выдержка

лу или в зоне сплавления.

Низколегированные мартенситные мате­ риалы

13

мартенситную

появляется

МАРТЕНСИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

количество ау­

Мартенситные хромистые материалы ти­

па Нп-30Х

ния

14.2.2.

значительное

стенитной фазы (Нп-50Х6ФМС, Нп-30Х5).

(Нп-40Х3Г2МФ,

Нп-40Х2Г2М,

при температурах

ос при водит к выделе­

>400

нию по границам зерен карбидов и вторичной

Нп-50Х6ФМС и др.), содержание легирующих

перлитной

элементов

Уменьшение

содержания

обеспечивают в наплавке мартенситно-бейнит­

вероятность

образования

ные

сравнительно

В зоне сплавления основного низкоуглероди­

Свойст­

стого или низколегированного металла наплав­

ва наплавки повышаются в основном с увели­

ки возможны образование хрупкой мартенсит­

в

которых

структуры

и

относительно

отличаются

небольшой твердостью

невысоко,

(45,..50 HRC).

фазы,

снижающих

пластичность.

углерода

снижает

вторичных

фаз.

чением содержания в ней углерода и хрома,

ной прослойки и появление трещин. Для пре­

что

дотвращения

при водит

к

соответствующему

возраста­

нию доли мартенситной составляющей. Значительно большей твердостью харак­

теризуются

борсодержащие

по

ПП-АН

125,

границам

170),

в структуре которых

высокоуглеродистого

мартенсита

расположены твердые карбиды и бориды. Ма­ териал

отлично

сопротивляется

абразивному

износу, задирам, но из-за повышенной хрупко­

сти не может быть рекомендован для работы в условиях

динамических

рекомендуют слоя

из

применение

хромисто-марганцо­

вистой наплавки типа Нп-30ХI0ГlОТ.

мартенситные

наплавки (ЛС-У 1ОХ7ГР 1, ПЛУ -25Х25Г3Ф2РН, П П-АН

их

промежуточного

нагрузок.

Наплавка

имеет повышенную склонность к образованию

14.2.4.

ВЫСОКОХРОМИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Высокохромистые материалы на основе

железа типа

Э-300Х28НЧСЧ, Э-320Х25С2ГР

позволяют получать структуру, матрица кото­

рой состоит из аустенита с вкраплениями мел­

кодисперсных частиц карбидов бора и хрома, придающих наплавке высокую твердость. По­ скольку

твердость

в

основном

количеством

догревом

несколь­

изменяется в процессе нагрева и не зависит от

ких подслоев. Отпуск в результате наложения

скорости охлаждения. Тем не менее, наплавку

и

нескольких

применением

слоев

одного

практически

или

не

снижает

проводить

при

она

практически

предварительном

догреве деталей до температур

твердости.

Для обеспечения повышенной сопротив­ ляемости

следует

карбидов,

определяется

ГТ и ХТ, поэтому ведут ее, как правило, с по­

к

задирам

применяют

наплавочные

400 ... 500

не

по­

ОС,

чтобы избежать появления ГТ, а также умень­ шать скорость охлаждения.

211

ВИДЫ НАПЛАВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Добавка ниобия, вольфрама, молибдена и других

карбидообразователей

14.3.

ВИДЫ НАПЛАВОЧНЫХ

способствует

МАТЕРИАЛОВ

большему повышению твердости и появлению

способности

наплавки

ко вторичному тверде­

Электроды для ручной дуговой наплавки изготовляют

14.2.5. КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ Обычно наплавка проводится на изделиях из

хромистых

ных

сталей.

или

хромоникелевых

Ферритная

жании

аустенит­

коррозионно-стойкая

наплавка обеспечивается

при высоком содер­

хрома и весьма низком углерода.

На­

плавки этого типа в отношении к общей корро­ зии

существенно

уступают

аустенитным,

но

превосходят последние по стойкости к корро­ зионному растрескиванию под напряжением.

Технологические

свойства

аустенитной

стержня метром

плавке

на стали

Рекомендуется подогрев

тур: туры

мартенситного

появления

ХТ

в

применять

до относительно

]00 ... 150 может

класса

зоне

следует

сплавления.

предварительный

невысоких

привести

к

замедленному

охлаж­

левым техническим

плавленного или

9466-75

Твердость

по

дексами,

9013-59,

а химический состав и

9466-75.

указывающими

ее

величину

по

Виккерсу и Роквеллу, а цифры говорят о ее величине.

8 широко

табл.

14.2

приведен химический состав

при меняемых

электродов

и

даны

сварочных отдельные

наплавочных при меры

их

Марки электродов

наплавки

при

~артенсит,перлит

Перлит, мартенсит, аустенит

Износ от трения по металлу

~артенсит,

при больших удельных дав-

карбиды

повышенных тем-

пературах. Термоусталость

Интенсивный износ с ударпри

Аустенит

по-

температурах

(62)

ОЗН-400У (42), Нп-70

(35), УЗ-40 (32), (66), O~Г-H (30), BCH-IO (42), ОЗШ-] (38), 12АН/ЛИВТ (30), ТКЗ-Н (55) ОЗН-250У (24), ОЗН-300У (32), ОЗН-350У (37), УОНИ-]3/НЖ (40), ЦНИИН-4 (33), 8СН-6 (52), 8СН-9 (62), ЦН-]6 (55), ЭНУ-2 (57) ОЗШ-2 (56), ОЗШ-3 (55), УОНИ-13/4ХIОВ5МФ (45), ЭН-60~ (55), ОЗШ-4 (58), ЦИ-I М (60), ОЗИ-4 (50), ОЗИ-5 (60) ЦН-6Л (34), 8ПИ-I (25), ЦН-I2~ (45), ЦН-2 (45) ОЗИ-3

давле-

при больших давлениях

в

агрессивных средах

Износостойкие наплавки на

Мартенсит,

металлорежущий и быстро-

карбиды

ИТ-I 0(60), ЖСН-60Р (58), ОЗИ-5

режущий инструмент

Создание

на­

ГОСТ

13КН/ЛИ8Т (60)', Т-620 (60), 8СН-8 (60),

удельных

вышенных

условиям.

проверяется

Типичные структуры

износ

нагрузками

типа на­

Значитель­

Твердость наплавки характеризуется ин­

ниях и ударных нагрузках

ными

44

металла

остальные свойства - по ГОСТ

Износ от трения по металлу

и

14.1).

ное количество электродов для наплавки слоев

Т-590

лен иях

мм.

с особыми свойствами производится по отрас­

Абразивный износ

больших

8

проволоку диа­

Рекомендуемые области применения электродов

Условия работы

Абразивный

мм, реже до

3 ... 5

качестве

]005]-75. 8

применения.

дению наплавки и ее охрупчиванию.

14.1.

ГОСТ

плавочных электродов (табл.

темпера­

ос. Превышение этой темпера­

по

обычно используют

Этот стандарт устанавливает

наплавки достаточно высоки. Однако при на­ опасаться

ПОКРЫТЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ

14.3.1.

нию; износостойкость при этом повышается.

коррозионно-

стойких поверхностей

Аустенит с феррита

2 ... 8 %

УОНИ-13/НI-БК

ЭА-582/23

* В скобках дана величина твердости

(26), ЗИО-8 (25), (25), ЭА-855/51 (24), (24), ЭА-400/l ОУ (24)

ЭА-898/2IБ

по Роквеллу или Виккерсу.

(60)

14.2.

Хими'.ескиЙ состав электродов металлических наплавочных (110 ГОСТ Массовая доля "Элементов в наплавленном металле.

J005J-75)

Марка

03Н-250У (Э-IОГ2) ОЗН-350У (Э-12Г4)

С

М"

$;

0,08 ...0,12 0,09...0,18

2,0. .3,3 3,6 ..4,5 4,1 ..5,2

~0,15

03Н-400М (Э-15Г5) 03Ш-1 (Э-16Г2ХМ) 3Н-60М (Э-70Х3СМТ) 03Ш-3 (Э-37Х9С2) 12АН/ЛИВТ (Э-95Х7Г5С)

ЭН-ХI2М (Э-100ХI2М) ЦШ-I (Э-30В8Х3)

ЦИ-2У (Э-90ВIОХ5Ф2)

0,12...0,2 0,5 ...0,9 0,25 ...0,5

ТНПНЧllые

Твердость

%

объекты

ItаrlлавлеНltOl'О

С,

Ni

МО

V

прочнх

20 ..28 HRC 35 . .40НRC 40 ..44 HRC

f-----

1,2 .. 2,0

0,8 .. 1,3

0,9 .. 1,3

0,4 .. 1,0

0,8 .. 1,2 1,4 ..2,8

2,3 ..3,2 8,0 .. 11,0

наплавки

Оси, валы Оси, валы, дета-

,1"

автоснепок

Молотовые,

0,7 ...0,9

35 ..39HRC

высадочные штампы

f----1 0,3 ...0,7

0,3 Ti

52 ..58

НRC

Штампы. ножи Детали

0,8 .. 1,1 0,85 ... 1,15 0,3 0,9

4,0 .. 5,0

<0,5

:-:::0,4

1,2 .. 1,8 <0,5 50,3

:-:::0.4

25 . .32НRC

6,0. .8,0 I 0.4...0,6

7,0...9,0 W

4,0 .. 5,0

драг,

экскаваторов

f--::-:--:-:-

11,0 .. 13,0 2,0 .. 3,5

земсна-

рядов,

2,0

10,OW

53 ..60 НRC 40. .50HRC 57 ..62 HRC

ШтаМПЫ.IЮЖИ

03И-5 (Э-10КI8В1IМIОХ3СФ)

03Ш-6 (Э-1 ОХ33Н

11 М3СГ)

ЦНИИН-4

(Э-65Х25Г13НЗ ) ЦН-6Л (Э-08ХI7Н8С6Г) ЦН-12М (Э-13Х 16Н8М5С5Г4Б)

0,6... 1,2

<0,7

<0,8

2,8 ..4,3

2,4 ..4,6

0,9 .. 1,6

0,8 ...0,12

0,3 ..0,7

0,8 .. 1,6

1,8 ..3,2

7,8 .. 11,2

0,4 ..0,8

~0,13

0,8 .. 2,0

0,8 ..2,3

30,0 ..34,0

9,0. .13,0

0,5 ..0,8

11,0 .. 14,0

:-:::0,8

22,0 ..28,5

2,0 ..3,5

0,05 ..0,12

1,0 .. 2,0

4,8 .. 6,4

15,0 .. 18,4

7,0 ..9,0

0,08 ..0,18

3,0 ..5,0

3,8 ..5,2

14,0 .. 19,0

6,5 .. 10,5

2,9 ..3,5

1,0 .. 1,5

2,0 .. 2,5

ВСН-6 (Э-IIOХI4ВI3Ф2)

2,0. .3,2

О

.tыЙ

ИНC11JУ-

::J

28. .63 HRC

250

Штампы, ножи

НВ

стрелочных перевоДов

28 ..37 HRC

Детали .юЙ

apMarypbI

0,5 .. 1,2 Nb

28 ..37 HRC

лл,

Jнергетики

0,5 .. 1.5 В 0,5 .. 1,5 В, 0,5 .. 1,5Ti

57. .63 HRC

Детали,

запор-

и нефтехимии

22,0 .. 27,0

0.9 .. 1,3

0.5 .. 0.6

0,3 .. 0,6

22,0 ..24,0 12.0 .. 16,0

1.4... 2,0

11.0.. 15,OW

'-,"

"" ,. ,.'" '" """ :I:

58 ..63 HRC

53. .61 HRC

3,5... 7,0

"':I:><

О

многолезвий-

Крестовины

Т-590 (Э-320Х25С2ГР)

Т-620 (Э-320Х23С2ГТР)

0,6 ... 1,3 W 8,8... 12,2 W, 15,7... 19,3 Со

......

ШтаМIIЫ, ножи,

мент

ози-з (Э-90Х4М4ВФ)

ii'~

57. .63 HRC 51 ..56HRC

тающие

рабов

ус-

ловиях

абра-

3И81101'0

НЗllа-

шиваllИЯ

14.3.2.

Проволока для наплавки (ГОСТ

ПРОВОЛОКА етАЛЫlАЯ СВАРОЧНАЯ, ПРИМЕНЯЕМАЯ для НAfiЛАВКИ

2246-70)

и проволока стальная наплавочная (ГОСТ

10543-98) для

автоматической наплавки

под флюсом, В зашитных газах, а также для газовой наплавки может изготовляться из стали, выплавленной электрошлаковым. вз­ куумио-дуговым или вакуумно-индукuионнымпереплавамн (табл. метром

0,8 ... 6

14.3 - 14.5).

Обычио ДЛЯ наплавки применяют проволокн диа­

мм. С uелью уменьшения оксидов в металле наплавки проволоки содержат увеличенное количество раскислителей:

марганца, кремния, алюминия, титана.

14.3.

Рекомендуемые областн прнменеllИЯ сварочных проволок

Условия работы

Абразивный износ

Рекомендуемые наплавочные проволоки

Hn-40X13 (50), (33)

Нп-ГJ3А

(26),

Нп-50

(24),

Нп-40Х3Г2МФ

(42),

Нп-65

(33),

Нп-80

(37),

Нп-30ХГСА

Абразивный износ с большими удельными

Нп-40Х3Г2МФ (42),

Hn-105X (38),

Hn-30XIOГJOT

(22),

Нп-40Х2Г2М

(56)

давлениями и ударными нагрузками

ИЗНОС от трения по металлу при больших удельных давлениях

(21), Нп-40 (22), Нп-50 (24), Нп-65 (33), Нп-80 (37), Нп-40Г (24), Нп-50Г (24), (160 НВ), Св-08ГС (190 НВ), Нп-40Х2Г2М (56), Нп-Х13 (45). Нп-50ХФА (50), Св-18ХГС (24) Нп-30

Св-08

ИЗНОС ОТ трения по металлу при больших

Нп-65Г

давлениях. Термическая усталость

Нп-45Х4Б3Ф

ИнтеНСИВ~IЫЙ износ с ударными нагрузка-

Нп-Х15Н60

(34),

Нп-30ХГСА

(42),

(180

(33),

Нп-30Х5

Нп-60Х3ВIОФ

(48),

НВ), Нп-Х20Н80Т

(40),

Нп-5ХМА

Нп-45Х2В8Т

(180

(45),

Нп-50Х6ФМС

(45), Hn-40X13 (50),

(45)

НВ)

ми при повышенных температурах в агрессивных средах

Коррозионно-стойкие покрытия

Hn-20X14 (36),

Нп-Х15Н60

Св-08Х19Н9ФС2

(23)

(180

НВ), Св-20Х13

(45),

Cb-IOХl7Т

(35),

Св-06Х19Н9Т

(180

НВ),

14.4.

Проволока стальная наllлавочная сплошного сечения (по гост Массовая доlUl )лемеlПОВ в наплавленном металле, %

10543-98) Твердость

Марка

наплавленного

С

Нп-30

0,27...0,35

Нп-45

0,42 ...0,5

Нп-85

0,82 ..0,9

Мп

Si

Сг

Ni

прочих

::;0,25

0,5...0,8 0,17...0,37

::;0,3

160 .. 220

нв

170 .230

нв

280 .350

нв

180 .. 240

нв

Нп-40Г

0,35 ..0,45

0,7 .. 1,0

Нп-65Г

0,6 ..0,7

0,9 .. 1,2

Нп-30ХГСА

0,27 ..0,35

0,8 .. 1,1

0,0... 1,2

0,8.. 1,1

::;0,4

Нп-50ХНМ

0,5 ..0,6

0,5 ..0,8

::;0,35

0,5 ..0,8

1,4... 1,8

::;0,3 230

.310НВ

220 ..300 0,15 ..0,3

Мо

нв

41,5 ..51,5 HRC

Нп-40Х3Г2МФ

0,35 ..0,45

1,3. .1,8

0,4 ..0,7

3,3 ...3,8

::;0,4

0,1. .0,2 У, 0,3 ..0,5 Мо

Нп-50Х6ФМС

0,45 ..0,55

0,3 ..0,6

0,8 .. 1,2

5,5 ..6,5

::;0,35

0,35 ...0,55 У, 1,2... 1,6 Мо

43,5. .49,5 HRC

Нп-20Х14

0,16 ..0,25

::;0,8

::;0,8

13,0 .. 15,0

-

34...39,5 HRC

2,5 ...3,0 W, 0,2...0,4 V

39,5 ...46,5 HRC

41,5 .. .47,5 HRC

Нп-45Х4ВЗГФ

0,8... 1,2

0,7... 1,0

3,6.. .4,6

1,0... 1,4

0,4...0,7

2,2... 3,0

8,0...9,5 W, 0,3 ...0,5 У, 0,2...0,9 тi

наплавкн

12,5... 14,5

::;0,4

::;0,6

-

39,5 ..44,5 HRC

Оси, валы, шпиндели

Коленчатые валы, крестовины карданов

Оси, валы, шпиндели

Обжимные

прокатные

валки, крановые колеса

Штампы горячей штамповки

Ролики рольгангов Штампы, прокатные валки

Детали запорной арма· туры

Штампы, прокатные

0,4...0,5 Нп-45Х2ВВГ

Типичные объекты

металла

::;0,6

валки

Крестовины Нп-Гl3А

1,0... 1,2

220...280

нв

ных

стрелоч-

перевоДов,

из стали Гl3Л

литье

14.5.

ПРО80лока стальная сварочная сплошного сечения, рекомендуемая для наплавки (по ГОСТ Массовая доля элементов 8 наllлавленвом металле,

Марка проволоки

Св-08

Типичные объекты

IlаплавлеlllЮГО

С

Мп

Si

Сг

Ni

",0,10

0,35 ..0,60

",0,03

",0,15

",0,3

С.-08Г2С

0,05...0,11

1,80 ..2,10

0,70...0,95

",0,2

",0,25

Cb-18ХГС

0.15...0,22

0,80 .. 1,10

0,90... 1,20

0,8 .. 1,1

",0,3

C.-20XI3

прочих

0,16...0,24

"'0,6

"'0,6

12,0 .. 14,0

-

C.-IOХI7Т

",0,12

",0,8

",0,7

16,0 .. 18,0

",0,6

С.-06Х 19Н9Т

",0,08

1,0 ..2,0

0,4 .. 1,0

18,0 ..20,0

",0,1

5,0 ..8,0

0,5. .1,0

18,5 ..22,0

14.3.3.

наllлавки

металла

120 .. 160

НВ

180 ..210

НВ

-

С.-08Х20Н9Г7Т

2246-70)

Твердость

%

Оси, валы, ШПИllдели

240 ..300 НВ

0,5 .. 1,0Ti

8,0... 10,0

Детали запорной

42 .. .48 HRC

0,2 .. О,5Т;

Детали, работаюшие

160... 190HB

0,6 ..0,9Ti

арма-

туры

в

условиях коррозии

ПОРОШКО8АЯ НАI1ЛАВОЧllАЯ ПРОВОЛОКА

Порошковая проволока (ПП) представляет собой ТОllкостенную металлическую оболочку, заполненную легирующими и шлакообразующи­ ми порошками, стабилизаторами дуги и раскисляющими компонентами. Она позволяет получать наплавку практически любого заданного соста­ ва (табл.

14.6

и

14.7).

Наиболее часто применяют ПП диаметром

1,6 ... 3

мм с использованием дугового процесса в зашитных газах открытой ду­

гой или под флюсом.

14.6.

Рекомендуемые области применения наплавляемых ПП

Условия работы

Рекомендуемые марки проволок

Абразивный износ

ПП-АНI20

(40), ПП-АНI26 (45), пп- у 1ОХ4Г2Р (60)

Абразивный износ, сопровождаюшийся большими удельными давле­

ПП-АНI35

(56),

ПП-АН

Износ от трения по металлу при БОЛЫIIИХ удеЛЫIЫХ давлениях

ПП-ТН250

(27),

ПП-АНI21

Износ от трения по металлу при больших давлениях и повышенных

ПП-25Х5ФМС

температурах. Термическая усталость

ПП-20Х4ВIОНЧФТ-0(43),

125 (56),

ПП-АНI35

(56),

ПП-ИТС-02

ПП-АНI70

(65),

ПП-АНI70П

ПП-АНI05

(20),

ПП-АН

(57),

(63)

ниями и ударными нагрузками

Интенсивный

износ

под ударными

температурах в агрессивных средах

нагрузками

при

повышенных

ПП-ИТСI02

(50),

(57),

(36),

ПП-АНI30

(45), ПП-3Х2В8 (48), ПП-АН 104 (44)

ПП-АНI06

(48),

ПП·АН

133 (32),

103 (44)

ПП-АНI32

ПП-АН

(50),

138 (26)

14.7. Марка (старое обозначение)

ПП-Нп-14ГСТ (ПП-ТН250) ПП-Нп-18Х]ГlМ (ПП-АНI20)

ПП-Нп-30Х5Г2СМ (ПП-АН]22)

ПП-Нп- I ООХ4Г2АР

Способ

;; Твердость

Массовая J]ОJ1Я злемеllТОВ в Itаплэвлешюм металле, %

наплэвлсltlюго

наnЛЭВКИ

....

Хнмнчеекнйсостав наплавленногометалла ПП (ГОСТ 26101--84)

С

Мп

SI

С,

Мо

С

SO,]4

0,3 ..0,8

0,3 ...0,8

Ф

0,]4. .0,20

],2.. ],8

::;0,8

1,2 .. ],8

0,3 ..0,6

С

0,3 ..0,5

1,4 ..2,2

0,5 ... 1,0

4,4 ..6,5

0,6 .. 1,0

Т;

V

прочих

0,2 ...0,6

220. .280

НВ

280. .380

НВ

(ПП-АНI60)

Коленчатые

0,]5...0,6

49,5 ..57 HRC

Ф

С

Ф

0,6... 1,]

1,5...3,0

],5...2,0

0,2 N, 0,15 ...0,6 В

3,0...6,6

45,5 ...55 HRC

(ПП-АНJ04)

С

Ф

0,4 ..0,9

0,8 .. 1,3

4,7 ..6,0

Коленчатые

0,] ...0,2

0,07...0,14

В

41,5 ..49,5

НRC

0,25 ..0,4

0,5 .. 1,2

0,7 .. ],2

3,1 ..4,5

1,0 .. 1,5

0,3 ..0,6

валы

из

8ЫСОКО-

2,3 .. 3,4

0,2 ..0,7

],8 ..2,5 W

47,5. .52,5 HRC

0,1 ..0,2

0,6 .. 1,1 0,3 ..0,8

0,2 .. ],0 0,2 ..0,6

2,2 ..3,5

0,2 ..0,4

]3,0 .. ]5,0

8,0.. 10,5 W

Валки

горячей

прокаткн,

НОЖИ,

],6 .. 2,]

SO,8

::50,4

] ],0 .. ]3,0

0,15...0,35

0.9.. ],5W

41,5 ..49,5 HRC

0,8... 1,5

1,0 ..2,0

14,0. .20,0

0,2...0,8

0,5 ..0,8

в

47,5. .59HRC

1,5 ..2,5

2,3 .. 3,6

8,0. .] 1,0

0,5 ... ],2

7,0... 12,ONb

51,5 .. 59 HRC

С

0,5 .. 1,2

:51,0

:::1,0

]8,0 .. 23,0

Плунжеры гидропрессов

гое,

керны

кле-

0,7... 0,9

]3,0... 15,0

0,] ...0,3

Детали, тающие внях

рабов

уело-

абразивно-

го изнашивания

0,] ...0,8

2,7 ...3,6

В

59...63 HRC

-

Крестовины

3,5...4,0 NI

]60...240

НВ

~

::I:

..,::;: О

,. ::I: ".

42,5 ..54,5 HRC 39,5 ..47,5 HRC

0,1 ...0,3

~

;:: -; '"><

g

41,5 ..5],5 HRC

-

(ПП-АНI35)

(ПП-АНJ05)

0,2. .0,3

],5 .. 2,2

ПП-Нп-250Х JOБ8С2Т

ПП-Нп-90Гl3Н4

0,2. .0,6

щевых кранов

(ПП-АНI04)

(ПП-АНI70)

0,9 .. 1,5

гусеllИЧ-

Hыx тракторов

Ролики рольган-

ПП-Нп-200Х I 5С] ГРТ

ПП-Нп-80Х20РЗТ

0,6 .. ],3

0,27 ..0,4

(ПП-3Х2В8)

ПП-Нп-200Х I 2ВФ

2,2 .. 2,5

колеса

штампы

ПП-Нп-35В9Х3СФ

(ПП-АНJ06)

крестови-

Катки, натяжные

прочного 4)'Г)'НЭ

ПП-Нп-30Х4В2М2ФС

ПП-Нп-IОХ]4Т

валы,

ны харданов

ПП-Нп-25Х5ФМС (ПП-АНI32)

наплавки

Оси. валbl

ПП-Нп-200ХГР

ТИПИЧllые объеlrТЫ

металла

стреЛОЧНЫХ переводов, литье

нз стали Гlзл

'"'" " ".

со

::;:

Окончание таб.'1. Способ

Марка

Массовая доля элементов в liаП,1авлеНlЮМ металле, %

Твердость наплавленного

",-

(старое обозначение)

С

плавки

ПП-flо-IОХI7Н9С5ГТ

~0,12

(ПП-АflI33)

I 1

I

Мо

I

$;

МО

1,0...2,0 1 5.0...6,0 116,0. .19,01

-

I

v

I

1 0,05...0,3 1

-

17,8... 10,0 N;

I

Ti

прочих

наплавки

металла

29...35.5 HRC

Детали заПОРIIОЙ арматуры

Головки

ПП-flп-15Х 13f12Г2ВТ

По ТУ

Ф

(ПП-АНI34Г)

I

С,

/4.7

типичные объекты

05416923.019-97

rюрш-

ней

судовых

ДВС Валки

ПП-flп-07Х 12Н3М2Г2

По ТУ

(ПП-АflI63)

05416923.020-97

пильгер-

стаlЮВ,

I-ребные

валы

у с л о в IJ Ы е

о б о з н а ч е н и я

:Ф-

наплавка 110Д флюсом; е

- наJUlавка без доlloJlIIителыJйй защиты; две - двигатели внутрениего сгорания.

НАПЛАВОЧНЫЕ ЛЕНТОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ

14.3.4.

В России ленточные электроды или ленты производятся толшиной

0,4 ... 1 мм

при ширине

20... 100 мм

Ленты подразделяются на стальные холоднокатаные, ПОРОШК08ые и металлокерамические.

(табл.

14.8 - 14.11).

Все ленты изготовляются по техническим усло­

виям. Нередко для наплавки при меняют стандартизованную стальную ленту, предназначенную для дрyrих целей (ГОСТ

4986-79).

В последнее

время разработана серия порошковых наплавочных лент (марки ПЛ), представляющих собой оболочку из низколегированных или специальных сталей с сердuеВИIЮЙ, заполненной шихтой из легирующих материалО8 и флюса. Металлокерамическуюленту изготовляют спеканием порошко­

образных компонентов (марки ЛС), обеспечивая ей необходимые прочностные и пластические свойства. Ленты поставляют потребителям в рулонах и при меняют преимушественно при автоматической наплавке под флюсом.

14.8.

Рекомендуемые области применения lIаплавочных лент

Рекомендуемые марки лент 1

Условия применения

Абразивиый

износ,

сопровождаюшийся

большими

удельиыми давлеииями и ударными нагрузками

ПЛ-АНI26 ПЛ-АН

(42), ПЛ-У25Х25Г)Ф2РН (54), ПЛ-У)ОХ)ОГ3ТЮ (50), ПЛ-АНI71 (66), 10(54), пл- У40Х38Г3РТЮ (52), ЛС-70Х)НМА (56), ЛС-20Х 10П ОТ (24)

Износ от трення по металлу прн больших давлениях и

ПЛ-АНIII

повышенных температурах. Термическая усталость

CB-2XI3 (44)

Интенсивный износ с ударными нагрузками при по-

ЛС-08Х21Н9Т,

выше"ных TeMllepaтypax в агресс"вных средах

Св-08Х 19Н IОГ2Б, Св-04Х20Н 1ОГ2Б, Св-07Х25Н

(60),

ЛС-5Х4В3ФС

CB-04XI9HIIM),

• В Ilаплавке ле~lтами 'Них составов образуется аустеllИТНая структура с 2 ... 8 % феррита.

(42),

ЛС-5Х4В2М2ФС

(46),

ЛС-IХI4Н3

(48),

ПЛ-АНI50, Св-0)Х22НIIБ6, Св-IОХI6Н25АМ6,

1), Св-О)Х 15Н35Г7М6Б N

....

14.9.

Химический состав леиты стальной холодиокатаной для иаплавки под флюсом Массовая доля элементов в наплавлеНtЮМ металле,

Марка

С

Мn

50Г

0,45 ..0,56

0,7 .. 1,0

65Г

0,6 ..0,7

0,9 .. 1,2

50ХФА

0,46 ..0.54

0,5 ..0,8

50Х6ФМС

0,45 ..0,55

0,3 .. 1,6

С.·20Х]3

0,]6 ..0.24

~0.6

С.-04Х]9-Н] ] М3

0,8 ... 1,2

Нп-02Х22Н 11 Г

],2 .. ],8

~0,02

14.10. Марка (старое обозначенне)

ПЛ-Нп-300Х30ГПЮ IlЛ-Нп-400Х38Г3РТСЮ

]0,0 .. ]2,0

2,0 ..3,0 5,5 .. 7,0

0,5 .. 1,0

23,0 ..26,0

]2,0 .. ]4,0

0,2 ..0,4

2],0 ..23,0

]0,5 .. 11,5

ПЛ-Нп-5ООХ40Н4ОС2Р (ПЛ-АН]11)

О,]

230...3]0

НВ

Оси, валы, ролики

Штампы, ножи

40...50 HRC

Прокатные валки

45,5 ..51,5 HRC

Плувжеры

гилро-

прессов

Корпусные

..0,2 N

160... 190

НВ

детали

lIефтехимического

оборудования

nOJ1"

)лементов в наплавлеllНОМ металле.

Твердость

%

lIаплав­

ки

с

Мn

наплавленного

S;

Т;

С

0,]5

1--],2

],0 2,0

Мо

прочих

металла,

0,2

1---

ТИПИ'lные объекты IШГlЛавки

HRC

20 ..26

Оси, валы Ролики

О,]

4,0

0,2

2,0 W, 0.5 V

28 ..36

иые

рольгангов,

шкивы,

тормоз-

катки,

колеса

гуссIнIчны
x тpafaOpOB

1--22,0

],0

3,0

В

65 ..68 Детали, работаюшис в уело-

У

3,0

25,0

1,0

~

3,0 3,0

Ф

ПЛ-Нп-450Х20Б7М6В2Ф (ПЛ-АН]79)

НВ

42 ..48HRC

24,0. .27,0

Массовая

Способ

ПЛ-Нп-] 20Х22Р3Г2СТ

(ПЛ-АНIО1)

.0,2 V

0,35 ..0,55 V

200... 240

Химический состав иаплавленного металла с примененнем порошковой ленты для наплавки

(ПЛ-АН]71)

ПЛ-Нп-300Х25С3Н2Г2

О,].

],2... 1,6

]5,0 .. ]7,0

ПЛ-Нп-]ОГ2СТ ПЛ-Нп-] 5Х4В2М2Г2СФТ

~0,35

]8,0 ..20,0

],0 .. 2,0

:50,9

:50,4

5,5 ..6,5

наllЛавкн

прочих

:50,3

0,8. .],1

тнIIнчны
06ъеIcтыы

наплавленного

Мо

]2,0.. ]4,0 :50.6

0,08...0, ]2

3

:50,3

Твердостъ

%

N;

С,

0,]7. .0,37

~0,6

С.·10Х·16Н25АМ6 С.-07Х25Н]

S;

4,5

2,0 0,3

38,0 20,0

С

],0

40,0

40,0

0,2

А]

А],

0,9

45 ..50 В

50 ..54

7,ONb, 2,0 W, ],0 V

55 ..62

0,2 6,0

2,0 5,0

50 ..56

0.2

В

54 ..62

виях

абразИВtЮГО

изнашива-

иия

Конусы печей

и

чаши

доменны
x

Окоuчаlluеmа6л.

Марка (старое обозначен не)

Hall1la8JICIIHOI·O

наплав·

'"

С

Ф

0,12

МИ

nЛ-Нn-12Х 16НОС5Г2Т

2.0

(nЛ-АНI50)

nЛ-Нn-12Х 16118М6С5Г4Б

о б о 3 11 3 ч е 11 н И ; Ф

-

-

с,

N;

Т;

18.0

9.0

0,2

16.0

8.0

МО

llроЧIIХ

11311Л3ВК3 IЮД фJ1IОСО~; С

ТИIllIЧllые ооъе""Th1 наплавки

металла. Н RC

27 ..34 Детали запорной арматуры

5,0 4,0

(nЛ-АНI51) у с., о в 11 1.1 е

S;

/4./0

ТВердос.... Ь

Массовая ДQЛ" ~лсментов в наlшаВ.IIенномMeтa.rlJ1e, Уо

СIIОСоб

-

6.0

113111138"a бс:ЗllОIIОJ1НIПСJ1ЬИОЙ эаЩIПЫ: У

1,0 Nb -

УllltверсальюUl.

38 .. 50

Глава

220 14.3.5. прутки

14. ТЕХНОЛОГИЯ

для НАПЛАВКИ

торах.

Литые прутки для наплавки износостой­

кого слоя на детали, работающие в условиях интенсивного абразивного изнащивания, удар­ ных

нагрузок,

повыщенных

температур

или

агрессивных средах, согласно ГОСТ подразделяются на пять марок

14.13),

21449-75 (табл. 14.12,

и их изготовляют с номинальными диа­

метрами

4 ... 8 мм

и длиной

350...500

мм.

UJирокое применение в судостроении и химическом ка

мащиностроении

прутковыми

материалами

В табл.

14.12

ковых

материалов,

находит наплав­ на

основе

меди.

приведены основные марки прут­ выпускаемых

НАПЛАВКИ

по

ГОСТ

16130-90.

Наплавленный

высокой твердостью

слой

характеризуется

(500 ... 700

НУ) и повы­

шенной склонностью к образованию трещин и

пор. Релитовые наплавочные материалы изго­ товляют

по

техническим

условиям

в

виде

зернового (З) или трубчато-зернового (ТЗ) ре­ лита (ТУ

48-42-34-70) и ленточного АН-ЛЗ 26-02-769-77), каждый из которых может иметь шесть степеней зернистости (табл. 14.14). (ТУ

материалы,

так

же как и сплавы с большим количеством

Релитовые

наплавочные

ко­

бальта, хрома и вольфрама, достаточно широко используются в наплавочных работах несмотря на их высокую стоимость. личной

стойкостью

Они обладают от­

против

истирания,

жаро­

прочностью и коррозионной стойкостью, изно­ состойкостью, даже в условиях трения металла

14.3.6. ПЛАВЛЕНЫЕ

КАРБИДЫ ВОЛЬФРАМА

о металл без смазки и при работе в области

(РЕЛИТЫ)

высоких температур.

Карбиды вольфрама применяют для осо­ бо

износостойких

наплавок,

работающих

в

условиях абразивного износа с ударными на­

имеют

става,

строго

Как правило, сплавы не

определенного

поскольку

химического

степень растворения

со­

твердых

зерен карбида зависит от их размеров, темпе­

грузками. Наплавку проводят восстановитель­

ратуры и времени пребывания в области кри­

ным газовым пламенем, плазмой или в индук-

тических температур.

14.12. Рекомендуемые области

применения износостойких наплавочных литых прутков Твердость

Условия работы

Тип прутка

Марка

наплавки,

HRC Абразивный износ при То же, при

250

500

ОС

ОС

То же, при ударном нагружении Абразивный износ, эрозия, ударные нагрузки, химически активные среды при (Пр-ВЗК-Р до

800

750

ОС)

14.13. Наплавочные Материал

Медь

Латунь

Пр-С27

52

У30Х28Н4С3

Пр-cl

50

У20ХI7Н2

Пр-С2

44

УIОХК63В5

Пр-ВЗК

40

У20ХК57ВIО

Пр-ВЗК-Р

46

ОС

материалы из медных сплавов

Марки прутков

МIР, М2Р ЛМц-58-2, JlЖМц-59-1-1, ЛОК59-1-0,3 МпЖКИ5-1-0,2-0,2

Бронза

У45Х28Н2СВМ

2БрАМц9-2

Рекомендуемое применение

Электротехническая

промышленность,

наплавка

контактов

Судостроение, детали, подверженные коррозии

Для работы в морской воде В условиях, где необходимы коррозионная и изно-

состойкость

ОСОБЕННОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ НАПЛАВКОЙ

14.14. Размер зерна,

Зерновой,

мм

марка

221

Релитовые иаплавочные материалы Трубчато-зерновой

Марка

Длина, мм

ЛеНТОЧНblЙ Диаметр,

Марка

мм

Ширина,

Толщина,

мм

мм

2,5 ... 1,6

3-25

ТЗ-25-7

7

АНЛЗ-25-9

9

1,6...0,9

3-16

ТЗ-16-6

6

АНЛЗ-16-8

8

0,9...0,63

3-9

ТЗ-9-5

5

АНЛЗ-9-6

6

3

0,63 ...0,45

3-6

ТЗ-9-4

5

2,5

0,45 ...0,28

3-4

ТЗ-6-4

0,28...0,18

3-2

ТЗ-4-3

390

АНЛЗ-6-5

4

4

АНЛЗ-4-5

-

Следует отметить особо, что сплавы со­

смысл восстанавливать головки блока цилинд­

держащие большое количество кобальта, при

ров, шатуны, коленчатые и распределительные

наплавке склонны к образованию ГТ. Поэтому

валы и др.

наплавляемые детали тельно подогреть до

перед наплавкой жела­

600 ... 700

ОС.

Одним

из

основных

технологических

процессов восстановления является наплавка.

сплавов,

содержащих

Выше были рассмотрены основные спо­

карбидов,

необходимо

собы наплавки и даны материалы, с помощью

выбирать режимы, обеспечивающие их мини­

которых можно получить необходимые свой­

мальное

ства наплавленных поверхностей. При работах

При большое

наплавке количество растворение

в

матричном

составе.

Такие требования лучше всего обеспечиваются

по

при

верхностных

газовой,

индукционной

или

печной

на­

наплавке

возникают

плавке.

вающие

14.4. ОСОБЕННОСТИ

ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ДЕТАЛЕЙ НАПЛАВКОЙ Практика

эксплуатации

выхода из строя

(90 %)

и

подавляющего

поломка,

повреждение

слоях

иметь

остаточные,

напряжения,

в

виду,

что

наплавленного как

правило,

которые

могут

в

по­

металла растяги­ привести

не только к искажению формы и размеров на­ плавляемых деталей, но и к появлению трещин

в самой наплавке.

учет

причин

большинства

машин показали, что причиной этого

является

следует

поверхности

или износ одной или нескольких пар сопрягае­

Наплавку низколегированных и низкоуг­ леродистых сталей (до

С) часто исполь­

0,4 %

зуют для

восстановления размеров детали или

создания

подслоя.

Особых

проблем

при

на­

плавке таких сталей не возникает. Однако, если

мых деталей. Их замена или восстановление

в наплавке количество углерода повышается до

продлевает ресурс всей установки иногда в

значений, более высоких, чем

несколько раз.

предусматривать

Ремонт, особенно капитальный,

-

подогрев,

0,4 %,

то следует

особенно

при

на­

поня­

плавке на массивные детали. Температура по­

тие, гораздо более широкое, чем восстановле­

догрева должна быть тем выше, чем массивнее

ние. Он включает в себя: дефектацию каждого

деталь и больше углерода в ее составе.

При

узла машины, замену изношенных частей за­

восстановлении

деталей

из хром 0-

пасными, очистку, определение частей, подле­

вольфрамовых, хромомолибденовых и других

жащих восстановлению, сборку, окраску, ис­

теплостойких инструментальных сталей, осо­ бенно если наплавляемаядеталь предназначена

пытания, выдачу гарантийного талона. Однако что касается машин, про изводи­ мых мелкими сериями или единично, то в этом

для работы в условиях сменных температур,

чтобы исключить вероятность появления тре­

случае выщедшие из строя части рентабельнее

щин, необходим предварительный подогрев до

восстанавливать.

300

Иногда это относится и к машинам, про­ изводимым серийно

и даже массово.

Имеет

ос. Часто рекомендуют последующее мед­

ленное охлаждение вместе с печью или после­

дующий высокотемпературный отпуск.

Глава

222 Особенностью струментальных перлитного

с

образуется

некоторым

нита

в

ин­

протекание

широких

охлаждения.

ТЕХНОЛОГИЯ НАПЛАВКИ

штамповых

является

превращения

нах скоростей лаждения

наплавки

сталей

14.

мартен ситная

структура

остаточного

аусте­

структура весьма твердая и износостой­

-

иногда

подслой

Хромоникелевые

потере

коррозионной

минимальным

изделий

и

хромоникельмарган­

стойкости

сей.

содержанием

Иногда при

вредных

межуточные слои.

применение проволоки типов

нию ГТ и ХТ. Наплавленный металл, как пра­

Cb-ХI7НI3Н2т. При

вило,

проволок

должен

подвергаться

пластической

стали

приме­

наплавке рекомендуют про­

повышенную склонность металла к образова­ не

процессе

к получению двухфазной структуры с

из быстрорежущих сталей следует учитывать

деформации ковкой или прокаткой.

в

эксплуатации. Поэтому при их наплавке стре­

мятся

наплавкой

типа

ли) особо чувствительны к образованию ГТ и

кая, затрудняющая дальнейшую механическую восстановления

наплавки

цовистые наплавки (коррозионно-стойкие ста­

обработку. Для

из

Св-08Х I ОН I ОГБ.

диапазо­

Иногда после ох­

количеством

а

также

Хорошие результаты

и

использовании других

стремятся иметь

запас феррита 2':2 ... 3

дает

CB-XI8HI0T в

наплавке

%.

Низко- и высокоуглеродистые хромистые

Одним из самых распространенных типов

в наплавке в зависимости от количества

наплавочного металла с максимальной твердо­

хрома и углерода имеют ферритную или полу­

стью

ферритную,

струк­

наплавка из высокохромистого чугуна, особен­

туру. Увеличение содержания углерода приво­

но чугуна, имеющего в составе первичные кар­

дит к возникновению ледебуритной структуры.

биды хрома типа Ме7СЗ'

аустенитно-мартенситную

Наплавка

XI2M,

ледебуритных

сталей

и

хорошей

износостойкостью

является

X12,

Наплавки такого типа склонны к образо­

ХI2ВФ трудна из-за склонности на­

ванию ХТ, особенно при наплавке на крупно­

плавленного металла к образованию ХТ и ГТ,

габаритные

возникающих по границам зерен легкоплавких

эти

карбидных эвтектик. С увеличением в наплавке

новной металл детали и не влияют на износо­

углерода до

стойкость. С целью снижения вероятности их

1,2 ... 1,5 %

возрастает количество

легкоплавкой эвтектики и трещины исчезают. При

наплавке ледебуритных хромистых

появления

относительно

возможно

малого

образование

слоя трещины

количества

трещин.

углерода

Из

первого

могут распространиться

и

в по­

следующие слои. Следует выбирать такой ре­

Существует

практически

применяют

не

мнение,

переходят

подогрев

и

что в

ос­

предвари­

тельно наплавляют подслой.

сталей на малоуглеродистую в первом слое из­ за

детали.

трешины

Коррозионно-стойкие келевые

сплавы,

молибденом

и

и жаростойкие ни­

дополнительно

хромом

легированные

(хастелой

или

инко­

нель), наплавляют в основном в виде порошков и реже

жим наплавки, чтобы в первом слое перемеши­

-

проволоки.

Обычно сложностей

при

наплавке этих

вание основного и присадочного металлов бы­

материалов не возникает. Если наплавка про­

ло

водится на закаливающиеся стали, требуется

минимальным.

Твердость

ледебуритной

хромистой наплавки может быть чрезвычайно

высокой; при температуре отпуска может достигать 60

-550

(11 0Г13Л)

Никелевые сплавы с хромом, бором, крем­ нием характеризуются большой стойкостью в

HRC.

Высокомарганцовистые аустенитные ста­

ли

предварительный подогрев.

ос она

рекомендуют при менять для де­

агрессивных средах одновременно с высокой

износостойкостью.

Особой

сложности

талей, работающих при абразивном изнашива­

наплавке они

не представляют, так как

нии,

относительно

невысокую температуру

сочетаюшемся

Структура

стали

с

сильными

аустенитная,

ударами.

пластичность

высокая наряду с хорошей прочностью.

дость

180

такой

стали

после

закалки

Твер­

(950

ОС)

ния

(1000 ... 1100

лучшего

при

имеют плавле­

ОС). Тем не менее, с целью

сплавления

подложку

подогревать до температуры

рекомендуется

300 ... 500

Ос.

НВ. В результате последующей деформа­

ции твердость возрастает до

500

НВ.

14.5. ДЕФЕКТЫ

Наплавку таких сталей проводят с мини­

Наиболее

мальным тепловложением (минимальные ток и

напряжение). Для наплавки обычно использу­

всех

ют

снижающим

проволоку Нп-Г13А

порошковую

проволоку

или

самозащитную

ПП-Нп-90Г13Н4,

ки

НАПЛАВКИ

распространенным

разновидностей

наплавок,

эксплуатационные

наплавленного

слоя,

дефектом

существенно характеристи­

являются

трещины,

ДЕФЕКТЫ НАПЛАВКИ

223

основном

им. н.э. Баумана, на испытательных машинах

металле. Чаще всего трещины возникают при

типов ЛТП-I-6, ЛТП-2-5; иногда для этой цели

возникающие

в

наплавленном

или

наплавке на основной металл с неудовлетвори­

используют

тельной свариваемостью или при очень высо­

конструкцию. Существуют косвенные расчет­

кой твердости наплавленного слоя, что связано

ные методы определения склонности к ГТ при

с малой пластичностью металла в температур­

наплавке.

ном

интервале хрупкости (ГТ), с

опытную

наплавку

на

жесткую

чрезмерно

Для расчета склонности к образованию

большими напряжениями в основном металле

ХТ иногда применяют следующую методику:

и наплавке, вызванными фазовыми превраще­

подсчитывают

ниями при остывании (ХТ).

уравнению Со = С

Вероятность возникновения трещин при наплавке, так же как и при сварке, определяет­

ся

химическим

составом

основного

и

при са­

+ 1/5

Сг

углеродный

эквивалент

по

+ 1/6 Мп + 1/24 Si + 1/40 Ni + + 1/4 Мо + 1/14 Nb. Учитывая, что

между углеродными эквивалентами Со и макси­ мальной твердостью существует почти линейная

дочного материалов, жесткостью наплавляемой

зависимость,

конструкции,

достаточной точностью определяют твердость

режимом

наплавки

и

тесно

свя­

по формуле

НУ =

660С о

±40

с

зана с формированием первичной структуры и

НУ, а затем, пользуясь экспериментальными

скоростью охлаждения.

данными, - требуемую температуру подогрева:

Кроме того,

следует

иметь в виду, что из-за различия коэффициен­ тов

термического и

талла

расщирения

наплавленного

слоя

основного

ме­

существенно

по­

вышается вероятность их появления.

в большинстве случаев очагами разрушения в металле

являются

микроскопи­

ческие ГТ, возникающие в интервале темпера­ тур

кристаллизации

и

раскрывающиеся

Без подогрева По необходимости

150...250 250

затем

при остывании. Зароды щи этих трещин прохо­ дят по зонам

подогрева, ос

До 200 200...250 250...325 325

Металлографический анализ показал, что наплавленном

Требуемая температура

Значения НУ

срастания кристаллитов, раскры­

в

наплавке

вызванные:

нередко

загрязнением

появляются

поры,

наплавочных

мате­

по

риалов, их влажностью, применением чрезмер­

телу зерна. ХТ могут образовываться и в ос­

но больших токов, длинной дуги или наруше­

новном металле в ЗТВ, и в самом валике, осо­

нием защиты. Дефекты типа подрезов, шлако­

тие

их

идет

как

по

границам

зерен,

так

и

бенно в случае твердых наплавок. Определить сопротивляемость образова­

вых включений, излишней деформации изде­ лия, несплавлений вызваны в основном непра­

нию ХТ или ГТ можно количественно по мето­

вильно

дикам, разработанным в МВТУ (теперь МГТУ)

его несоблюдением.

назначенным

режимом

наплавки

или

Гл ав а

15

ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ 15.1.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ

методы

ОПОКРЫТИЯХ Покрытие

искусственно сформирован­

-

ный на поверхности изделия или конструкции

слой, отличающийся от материала основы хи­ мическим составом, теплофизическими и фи­ зико-химическими расположения

на

свойствами.

По характеру

поверхности

покрытия

под­

разделяются на диффузионные (или внедрен­ ные) и наслоенные. Наслоенное

nокрыmие

-

это

или

конструкции,

имеющее четкую

гра­

ницу раздела с основой.

в

последнее

ческими и оптическими свойствами.

15.2. ОСНОВНЫЕ

состава,

Перспективны с

гомогенным

покрытия

и

гетероген­

МЕТОДЫ

ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО И ВАКУУМНОГО КОНДЕНСАЦИОННОГО НАНЕСЕНИЯ

ПОКРЫТИЙ Сущность нии

В последние годы требования к покрыти­

расширилось,

износостойкие (включая упрочняющие), а так­

изделия.

точный характер (диффузионно-наслоенные).

резко

же покрытия с особыми тепло-, электрофизи­

нанесения

Возможны покрытия, носящие про межу­

время

коррозионно- и жаростойкие, теплозащитные,

существенного изменения начальных размеров

сложного

кон­

ций эксплуатации условно можно разделить на

лученное внедрением в материал основы без

усложнились.

вакуумного

особенно защитных покрытий, которые с пози­

Диффузионным называется покрытие, по­

ям

и

Применение покрытий различного назна­ чения

покрытие,

сформированное на внешней поверхности из­ делия

газотермического

денсационного напыления.

процессов

газотермического

покрытий заключается

направленного

напыляемого

материала,

поверхность

обрабатываемого

ным строением, а также композиционные. Воз­

ного

проволоки,

компактного

напыляемого

химической однородности, плотности, прочно­

расплава

сти сцепления покрытия с подложкой (адгези­

происходит

он ной и когезионной прочности), равномерно­

ления.

слоя покры­

и скорости. состояния

в

на

при

виде

При

исход­

порошка,

прутка, шнура или прокачиваемого газотермическое непосредственно

Вакуумное

сти по толщине и Т.д., наметились тенденции к

материала

их

изделия

оптимальных для формирования

росли требования к качественным показателям:

частиц

переносящего

тия значениях температуры использовании

в образова­

потока дисперсных

диспергирование в процессе напы­

конденсационное

ние (осаждение).

толщиной, регулируемым фазовым составом, с

потока

избирательными свойствами.

лекулярном или их ионизированном состоянии.

Существующие

методы

нанесения

по­

частиц,

Покрытие

напыле­

получению покрытий с заданной переменной

находящихся

формируется в атомарном,

из мо­

Для получения потока пара (частиц) использу­

крытий делятся на следующие основные груп­

ют различные

пы: твердофазное плакирование, погружение в

действия на материал. Различают формирова­

расплавленные

ние

соли,

электрохимическое ское

напыление,

химическое

осаждение,

осаждение,

газотермиче­

вакуумно-конденсационное

потока

испарения или

источники

частиц

посредством

материала,

взрывным

энергетического

ионным

испарением

-

воз­

термического распылением распылением.

напыление, диффузионное насыщение. В дан­

Соответственно этому вакуумное конденсаци­

ной

онное напыление разделяют на методы.

главе рассмотрим

методы нанесения по­

При

крытий, в которых используются такие источ­

ионизации

ники

зуется способ ионно-плазменного напыления, а

теплоты

плазменные, применяемые

как

газопламенные,

электрон но-лучевые, для

сварочных

дуговые, широко

процессов,

Т.е.

потока

напыляемых

частиц

при введении в поток реактивного газа умное конденсационное напыление.

реали­

-

ваку­

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

Несмотря процессов

на

существенные

газотермического

конденсационного

и

Достаточно перспективны для напыления сверхзвуковые

вакуумного

струи.

Высокие

скорости напыляемых частиц (~800 ... 1000 м/с)

технологии просматриваются и общие элемен­

дают возможность формировать покрытия без

ты, например: подготовка напыляемой поверх­

их расплавления.

получение

покрытий;

покрытий,

плазменные

в их

ности;

напыления

различия

225

равномерных

последующая

по

обработка

Современный

толщине

запылен­

уровень

плазменного

на­

пыления в основном базируется на использо­

ных изделий и др. Целесообразно также рас­

вании

сматривать с единых позиций технологию на­

лентных, осесимметричных, плазменных струй

пыления покрытий

с

из различных

групп мате­

риалов.

широким

свойств.

15.2.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

ОСОБЕННОСТИ

ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ НАНЕСЕНИЯ

Классификация напыления

по

способов

15.2,1.1.

источников

водимой

распылителю,

К

отметить

11н =

11н =

Для

лучают

газа является

индукционный.

основном

плазмообразующих азот,

водород,

газов

аммиак,

В пар,

Следует

использование

плаз­

Эффективный

КПД

в

их

пределах

струи, в

применяют

которых

дуга,

в

получаемые

основном

в

дуговых

источником

горящая

между

нагрева

водоохлаж­

даемыми электродами, Различают порошковые

вы­

и про вол очные способы плазменного напьmе­

качестве

при меняют:

водяной

-

тепловой

0,4 .. ,0,7.

находится

напыления

которой (5 ...50) 103 К. Плазменную струю по­

сокочастотный

Обычно

под­

При распылении проволоки

0,01 ... 0,15.

материала

В

газа

мошности,

0,2 ... 0,3.

плазмотронах,

способами.

слабое

частиц.

плазменные

различными

половины

плазмой

происходит в плазменной струе, температура

используют дуговой подогрев газа, реже

теплофизических

плазмообразуюшего

около

нагрева

исходного

нагрев

порошковых

15.1.

ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ

плавление

диапазоном

На

турбу­

менной струи как источника теплоты на нагрев

При плазменном нанесении покрытий из порошков

сверхзвуковых,

расходуется

также

газотермиче­

применению

энергии представлена на рис.

и

КПД распылителя составляет

ПОКРЫТИЙ

ского

дозвуковых

ния (рис.

аргон,

15.2).

Процесс плазменного напыле­

ния легко механизируется и автоматизируется.

воздух,

гелий и другие газы, а также их смеси. Части­

По степени защиты процесса различают

цы исходного порошка, попадая в плазменную

плазменное напыление: без защиты, с местной

струю,

защитой и общей.

расплавляются

и

переносятся

на

по­

Плазменное

верхность обрабатываемого изделия. Применяя плазму

-

высокоэнтальпийный

и высокотемпературный источник

нагрева,

-

дется

на

воздухе

струи,

потока

напыление без

без защиты

изоляции

напыляемых

ве­

плазменной

частиц

и

пятна на­

можно наносить покрытия практически из всех

пыления. При этом создаются благоприятные

тугоплавких

условия

материалов,

которые

в

плазмен­

для

попадания

воздуха

в

зону

ной струе не сублимируют и не претерпевают

кания

интенсивного разложения.

инертных плазмообразующих газов.

процесса,

Способы газотермического нанесения покрытий

I

Газопламенный

I ковои газопла-

менный Рис.

8 - 10498

I Детонационно-

газовый

15.1. Классификация

r

I

Электродуговой

I 1 Плазменнодуговой

1 Высокочастотный

способов газотермического иапылеиия покрытий

проте­

применение

Iгазоэлектрические I

I Сверхз~у-

на

I

I газовые

I

несмотря

Глава 15. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

226

r

",-

9

8

б) Рис. а

-

15.2. Cxe~la

проuесса плазмеиного напыления:

для работы на порошках; б

-

для работы на проволоке;

J - соп.то плазменной струи (анод); 2, 3 - подвод и отвод охлаждающей воды; 4 - изолирующее кольцо; 5 - подвод плаз~1О0бразующего газа; 6 - вольфрамовый электрод (катод); 7 - подача напыляемого порошка; 8 - контактное устройство для проволоки; 9 - напыляемая проволока (анод); направляющаятрубка для проволоки

10При защитой

плазменном напылении с применяют

местные

кольцевую газовую защиту с

местной

камеры

или

использованием

дополнительных сопловых устройств. Доста­ точно надежен способ защиты при использова­ нии насадок на сопловую часть распылителя.

Плазменное напыление с общей защитой ведется в камере, атмосфера в которой форми­ руется

из

плазмообразующего газа.

Способ

применяется для нанесения покрытий ответст­ венного назначения.

Используют два способа с общей защи­ той: при нормальном давлении газа в камере (небольщое избыточное давление) и при пони­ женном давлении

(100 ... 2000

Па). Последний

называют плазменным напылением в

динами­

ческом вакууме. Истечение плазменной струи происходит в

вакуумную камеру, из

которой

непрерывно откачиваются рабочие газы.

При

этом скорость струи превыщает скорость звука в

раза, скорость частиц напыляемого мате­

2 - 3

риала увеличивается до

м/с. В этом

800 ... 1000

Энергетические параметры,

характери­

зующие режим работы плазменного распыли­ теля,

-

энтальпия,

температура

и

скорость

плазменной струи. Они являются определяю­ щими

С

в

нагреве

увеличением

распыляемого

мощности

дуги

материала.

в

дуговых

плазмотронах интенсивно возрастают темпера­

тура

и

энтальпия

плазменной

плазмообразующего

газа

струи.

оказывает

Расход

большое

влияние на эффективность процесса напыле­ ния. С увеличением расхода повышаются рас­ пыляющая способность плазменной струи, ее скорость

и, соответственно, скорость напыляе­

мых частиц. При возрастании расхода плазмо­ образующего газа свыше оптимальных значе­ ний существенно падают плотность покрытий

и

коэффициент использования порошка. При

плазменном

напылении

объемный

расход

плазмообразующего газа 2,0 .. .4,0 м 3 /ч, соот­ ветственно, массовый

0,5 ... 2,0

г/с.

Особенно сильно на теплофизические ха­

случае получаются более плотные, чем обычно,

рактеристики плазменной струи и условия теп­

покрытия,

лообмена при порошковом напылении влияет

характеризующиеся

прочным

сцеп­

лением с основным материалом детали.

Плазменному

напылению

свойственно

Конструктивные nараиетры распылите­

d"

длина канала сопла

обычно равный

1,

=

(2 .. .6)d,;

пературу,

15.3).

Несмотря на высокую тем­

аргоновая

струя

слабо разогревает

порошковые частицы. Более высокая степень

особенно большое число параметров.

ля: диаметр сопла

род газа (рис.

3 ... 8 мм;

профилиро­

вание канала сопла; заглубление электрода в

прогрева

напыляемых

частиц

достигается

при

использовании азота и особенно газов, содер­ жащих водород.

Для плазменного напыления применяют

сопле; длина привязки самоустанавливающего­

порошок

ся или фиксированного анодного пятна; харак­

10 ... 200

мкм. Массовый расход порошка со­

тер

ставляет

Qno = 0,25 ... 2 г/с.

и

место

ввода

распыляемого

материала

относительно среза сопла; диаметр неплавяще­ гося электрода; угол -заточки пления электрода.

и диаметр приту­

со

средним

диаметром

частиц

Другим показателем

является скорость частиц в транспортирующем

канале, которая близка к скорости транспорти­

рующего

газа

и

составляет

2 .. .4,5

м/с. Эта

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

регулирование

Диссоциация Ионизация

•

•

~"f-.---

227

__ I

в

широких

пределах

качества напыляемых покрытий, а кроме того,

получение

особо

качественных

при

ведении

процесса с общей защитой; высокие

ri

::, t:: 10

пользования

"

0,2 ... 0,8 -

о()

при

1:::1

5

~

.;;

напылении

коэффициента

(КИМ):

проволочных

о

материалов

определяет

глубину

частиц в плазменную используют

невысокие

проникновения

аналогичные

плазм 0-

образующим. Расход транспортирующего газа

-1 О % от расхода плазмообразующего

газа.

Оптимальная дистанция плазменного на­ пыления зависит от режима работы плазмотро­ на и изменяется в пределах дистанции

напыления,

50... 300

близкие

к

мм. Малые длине

значения

коэффициента

использования энергии:

струю. Для подачи по­

газы,

механиза­

Недостатки метода:

теплосодержаиия

плазмообразующих газов от температуры

скорость

и

порошковых;

ции и автоматизации процесса.

16 Т'IО-: к

Il

4

15.3. Зависимость

ис­

0,7 ... 0,85

возможность комплексной

Рис.

рошка

значения

материала

на­

лении проволочных порошковых; наличие

пористости и

несплошностей(2 ... 15

других

видов

%);

сравнительно малая адгезионная и ко­ гезионная

прочность

значения 8О ...

покрытия:

максимальные

100 МПа;

высокий уровень шума при открытом

ведении процесса

чального участка плазменной струи, не всегда

15.2.1.2.

обеспечивают прогрев порошковых частиц и придание им необходимой скорости. Вместе с

0,02 ... 0,18 при напы­ материалов и 0,001 ... 0,02-

В

(60 ... 120 дБ).

r АЗОПЛАМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ

газопламенных

процессах

нанесения

на­

покрытий используется тепло, выделяющееся

грева напыляемого изделия. Наибольшие зна­

при сгорании горючих газов (ацетилена, про­

чения

для

пан-бутана, водорода, метана, природного газа

использованием ламинар­

и др.) в смеси с кислородом или сжатым возду­

тем,

возрастает

опасность

дистанции

ведения

процесса

недопустимого

напыления с

характерны

ной плазмы или низкого давления в камере.

хом (рис.

Сушественно возрастает дистанция напыления

или не были перемешаны горючий газ и окис­

с увеличением мощности дуги.

литель

Большое влияние на температуру в пятне напыления

оказывает

скорость

перемещения

распылителя. Обычно она находится в преде­ лах

0,05 ... 1,0 м/с. Плазменное

для нанесения

ния распылением

материалов. находится

напыление

предназначено

покрытий различного порошковых

Как правило,

проволочных

0,3 ... 2,0 20 %.

процес­

распыляемому

материалу (проволока, порошок с различной температурой плавления);

большое число параметров, обеспечи­ вающих гибкое регулирование процесса напы­

8*

ное

пламя.

горючих

Температура

газов

при

горения,

различают

продуктов

использовании

окислителя кислорода

2000 ... 3100

в

сгорания качестве

ОС. Наибо­

лее высокая температура пламени достигается при

использовании

ацетилено-кислородных

смесей. Однако теплотворная способность вы­

(ГОСТ (ГОСТ

2... 8 кг/ч для плазмотронов мощностью 20 ... 60 кВт до 50 80 кг/ч при более мощных распылителях (150 200 кВт);

ления;

зону

ше у пропана и бутана, поэтому для напыления

производительность

по

в

чаще всего применяют технический ацетилен

са, составляющая

универсальность

подачи

предварительно перемешанное и диффузион­

покрытий

Основные достоинства метода: высокая

до

В зависимости от того, были

мм со средней

толщина

в пределах

разнотолщинностью

и

назначе­

]5.4).

5457-75) или пропан-бутановую смесь 20448-80). При образовании газопла­

менных струй тепловой КПД распылителя дос­

таточно высок

(0,8 ... 0,9).

В этом случае боль­

шая часть подведенной энергии расходуется на

нагрев газа. Однако эффективный КПД нагрева порошковых

частиц

составляет

всего

лишь

0,0] ... 0,]5. Давление горючего газа (Рг.г) определяет его расход и

стабильность подачи. Обычно

рекомендуетсяРг.г =

расход горючего газа

0,03 ... 0,05 МПа. При этом Qr.r = ] ... 2 мЗ/ч. Большую

Глава 15. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

228

Влияние этого параметра аналогично для всех методов газотермического напыления. В рас­

сматриваемом методе

она

составляет

100 ...

200

мм; скорость перемещения пятна напыле­

ния

0,2 ... 0,3

м/с.

Температура напыляемых частиц при по­ рошковых способах напыления ~2200 ос, при проволочном

2700

ос. Скорость частиц вблизи

поверхности напыления

15.4.

Рис.

Схема процесса газопламеииого

ианесения покрытий из порошковых материалов:

2 - подача порошка; 3 - подача сжатого воздуха; 4 - подвод горючей смеси газов

потока напыляемых тиц/( см 2 • с).

м/с; плотность

час­

103 ... 105

К преимуществам метода следует отнести:

газовое пламя;

J-

15 ... 50

частиц

наличие

несложного

инедорогого

оборудования; удовлетворительные показатели КИМ

роль

играет

горючему

13

=

отношение

(13).

газу

В

расхода

практике

к

при проволочном распылении.

напыления

Недостатки метода:

1,1 .. 04,0: нижний предел для ацетилена,

верхний для пропан-бутановой

ние

кислорода

13

смеси.

Значе­

невысокая

определяет физико-химические свойства

пламени.

Увеличение

при выбранном

13

расхода

горючего

газа

приводит к возрастанию теп­ части пото­

наличие

газопламенном

Параметры распыляемого материала и

его ввода в газовое пламя. Дисперсность по­ рошковых частиц, подаваемых

ваются

3,0

в газовое пламя,

мкм. Более крупные порошки нагре­

10 ... 100

недостаточно.

Расход

В качестве распыляемого материала при

гибкие

м/ч.

порошка

0,5 ...

кг/ч. Во многих случаях порошок подается

газов,

низкие значения эффективного КПД

тия пламени давление газа (воздуха) составляет

30 .. 040

активных

плохое качество покрытий из порош­

нагрева частиц.

МПа, его расход

струе

ковых материалов;

5583-79) под давлением 0,35 ... 0,45 МПа. Его расход ~1 м 3 /ч. Для обжа­ 0,3 ... 0,4

(ГОСТ

в

лоподобными материалами;

ка. Для газопламенного напыления используют

кислород

про­

взаимодействующих с металлическими метал­

ловой мощности газового пламени, его скоро­ сти и длины высокотемпературной

производительность

цесса, особенно при порошковом напылении;

напылении

используют

также

шнуры с полимерной оболочкой, за­

полненные

порошками,

и

порошковые

прово­

локи. Наблюдается тенденция к использованию мелкодисперсных порошков. Для обеспечения

более

высоких

скоростей

напыления

частиц

создаются газопламенные распылители, обес­ печивающие

ускорение

газопламенных

пото­

в газовое пламя за счет собственной массы в

ков до сверхзвуковых и даже гиперсверхзвуко­

сочетании с инжектированием струи. При этом

вых

стремятся к минимальной длине коммуникаци­

покрытий с низкой пористостью

онных

с порами малого размера (~1 О мкм); адгезион­

каналов.

В

других

случаях

порошок

подается дополнительным транспортирующим

газом: кислородом или воздухом. Применение инертных потенциал

рующего

газов

уменьшает

пламени.

газа

окислительный

Давление

выбирают

в

транспорти­

проволоки

при

газопламенном

напылении

1... 5 мм. Скорость подачи находится в преде­ лах 180... 500 м/ч (5 ... 30 кг/ч). Максимальную производительность

процесса

получают

при

высоких мощностях газового пламени и боль­ ших диаметрах проволоки.

Важным параметром для газопламенного процесса

является

дистанция

напыления.

Это

обеспечивает

ной прочностью на уровне ватостью

Ra 25 ... 30

Для частиц ют

нагрева

и

МПа и шерохо­

и

АЗО80Е НАПЫЛЕНИЕ

ускорения

в промышленности

импульсные

36

получение

(2,0 ... 3,0 %)

мкм.

15.2.1.3. ДЕТОНАЦИОННО-Г

пределах

0,1 ... 0,2 МПа, а расход 0,3 ... 0,6 м 3 /ч. Диаметр

скоростей.

источники

распыляемых

все шире использу­ энергии,

в

частно­

сти энергию взрыва. Наиболее широко приме­ няют напыление покрытий с помощью энергии взрыва газовых смесей (детонационно-газовое).

На рис. пушки.

15.5 Время

показана

схема детонационной

протекания

детонации

-5

мс.

Как детонационная волна, так и продукты ее

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ НАНЕСЕНИЯ покрытйй

229

прочность, обусловленная наклепом). К досто­

1

инствам данного метода можно также отнести:

L

возможность ные изделия

напыления

«200

покрытий

на холод­

ОС), умеренный нагрев из­

делий при их напылении «300 ОС), достаточно высокую производительность

7 Рис.

15.5. Устройство детоиациоиной пушки: 1 - ввод порошка; 2 - свеча зажигания;

35-

4 - напуск азота; 6 - вход для кислорода;

корпус пушки;

напуск ацетилена;

7-

широкую

номенклатуру

кг/ч)

и

мате­

риалов, невысокую чувствительность к состоя­

НИЮ исходной поверхности напыления.

Недостатки метода состоят в следующем: в трудности нанесения покрытий на изделия,

имеющие

подложка

(1 ... 1О

распыляемых

большую

поверхность

поверхностную твердость (~60

и

HRC);

высокую сложно­

распада обладают высокой скоростью распро­

сти напыления покрытия из порошков С невы­

странения

сокой удельной массой (карбиды титана и др.);

(800 ... 1200

м/с) и достаточно высо­

кой температурой (3 ... 5) 103 К. Тепловая мощ­ ность детонационных

газовых струй достигает

10... 104 кВт. Из них наиболее высокая для аце­ тилено-кислородных

смесей.

Обычно

расход

ацетилена и кислорода 0,2 ... 6,0 м 3 /ч, в зависи­ мости

от

конструкции

при меняемых газов

установки

(0,05 ... 0,15

и

высоком уровне шума (~140 дБ); необходимо­

сти применения герметичных боксов и дистан­ ционного

давления

15.2.1.4.

МПа). Проте­

кание детонационного взрыва и теплофизиче­

управления

процессом;

достаточно

высокой стоимости оборудования. ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ

При электродуговой металлизации поток

ские параметры продуктов реакции легко регу­

напыляемых частиц образуется при плавлении

лируются введением в состав горючей смеси

распыляемого материала высокоамперной ду­

различных

технологических добавок

(аргон,

Эффективный КПД нагрева порошковых частиц

0,1 ... 0,15.

фективность

гой (рис.

15.6).

Для диспергирования расплав­

ленного металла используют скоростной поток

азот и др.).

Наибольшее влияние на эф­

процесса

оказывают

диаметр

ствола, его длина и форма. Калибр ствола вы­ бирают в пределах

8.. .40 мм. Часто применяют пушки с диаметром 16... 20 мм, длиной ствола в пределах 1200 ... 2000 мм. Обычно использу­ ют порошки со средним диаметром 10 ... 50 мкм. Количество подаваемого порошка из­ меняется в широких пределах (0,5 ... 1О кг/ч) в зависимости от мощности установки. За один

цикл выбрасывается

-50 ... 100

мг. Чрезмерное

увеличение порции порошка является главной причиной снижения качества покрытий в ос­

сжатого воздуха. Энергетический КПД распы­ ления при электродуговой металлизации обла­ дает наиболее высокими значениями из всех методов

газотермического

ставляет

напыления

и

со­

0,7 ... 0,9.

Широкое распространение для напыления покрытий иногда

получила

применяется

двухэлектродная и

схема,

трехэлектродная. Для

распыления в основном используют цилиндри­

ческие сопла диаметром

3 ... 6 мм при расходе газа до 50 ... 60 м 3 /ч. Более совершенны цилин­

дрические сопла в сочетании с расширяющейся

конической частью. Угол скрещивания элек­ тродов, как правило, составляет _300.

новном из-за больших различий в температуре и скорости частиц. Дистанция напыления зада­ ется исходя из материала изделия, его размеров

и

форм

распыляемого

материала,

покрытия и изменяется от

толщины

50 до 200 ММ. мальная толщина покрытия 0,1 ... 0,5 мм.

Опти­

Детонационно-газовые покрытия успеш­ но используются для упрочнения нагруженных

поверхностей деталей. Они отличаются высо­ кими физико-механическими и эксплуатацион­

Рис.

тость, как правило,

100... 160

<1 %,

МПа, порис­

высокая усталостная

процесса электродугового

напыления:

ными свойствами (максимальная адгезионная и

когезионная прочность

15.6. Схема 1-

2-

источник постоянного тока;

катушки с проволокой;

4-

дуга;

5-

3-

подача проволоки;

подложка

Глава 15. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

230

В практике электродуговой используют

А,

80 ... 600

металлизации

мощности

5... 20 кВт, напряжение 18 ... 35 В.

ток

дуги

Давление

Введение в камеру активных газов позво­ ляет перейти к способу вакуумного реакцион­ ного нанесения

покрытий.

Частицы

в потоке

распыляющего газа (обычно воздуха) выбира­

или

ют равным

химическое взаимодействие с активными газа­

на

поверхности

конденсации

вступают

в

0,35 ... 0,6 МПа. При этом его рас­ 3 ход 60 ... 150 м /ч. Диаметр электродной проволоки выбирают в пределах ~ 1 3,5 мм. Скорость подачи проволоки 0,05 0,35 м/с. Скорость потока напыляемых частиц 50 ... 150 м/с,

др.) и образуют соответствующие соединения:

при

конденсационного нанесения (ВКН) покрытий

этом

большинство

поверхность

частиц

напыления

в

поступает

расплавленном

на со­

оксиды, нитриды, карбиды и др.

Схематически классификация вакуумного показана на рис. новидностей

стоянии.

Наиболее широкое применение электро­ дуговая

ми (кислородом, азотом, оксидом углерода и

металлизация

коррозионно-стойких строительных имуществом

нашла

при

создании

покрытий на различных

Выбор метода и его раз­

предъявляемыми

требованиями,

к покрытиям с учетом эконо­

мической эффективности, производительности, простоты

управления,

автоматизации

и

др.

Основным

пре­

Наиболее перспективны способы ВКН с иони­

его высокая

про­

зацией потока напыляемых частиц, стимулиро­

сооружениях.

метода является

15.7.

определяется

изводительность, достигающая

кг/ч. Благо­

50

даря большим значениям энтальпии напыляе­

ванные

плазмой.

Часто

их

называют

ионно­

плазменными.

хорошие

Преимущества ВКН заключаются: в вы­

покрытия с достаточно высокой адгезионной и

соких физико-механических свойствах покры­

когезионной

тий, возможности получения покрытий из син­

мых

частиц

могут

быть

получены

прочностью

и

низкой

пористо­

тезированных

стью.

соединений

(карбидов,

нитри­

К недостаткам следует отнести интенсив­

дов, оксидов и др.), нанесении тонких и равно­

ное взаимодействие частиц с активной газовой

мерных покрытий, использовании для напыле­

фазой. Напыленный металл насыщен кислоро­

ния

дом

лов. Эти методы не загрязняют окружающую

и

азотом, а также содержит значительное

количество оксидов. Использование для напы­

широкого

класса неорганических

материа­

среду и не нарушают экологию.

ления только проволоки ограничивает возмож­ ности метода.

15.2.2.

I

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

ВАКУУМНОГО КОНДЕНСАЦИОННОГО

Вакуумное КOIшенсаUИОlUюе нанесение покрытий

I

НАПЫЛЕНИЯ

Методы напыления

вакуумного

конденсационного

классифицируют

по

АК'П1lшая

различным

способам

формирования испарением

распыления

потока

материала

плавленного

из

состояния,

ем-распылением,

материала

частиц

взрывным,

ионным

или

испарени­

распылением

I

рас­

твердо­

среда

Г

и

(термическим

твердого

Нейтральная

среда

признакам:

ИОННЫМ

распьmением

I

взрывным

термическим

испарением

испарением

го материала);

энергетическому

стоянию

частиц

(зарядовому)

[нанесение

со­

I

(нейтральными

частицами, атомами, молекулами) с различным их

энергетическим

ионизированными

состоянием, частицами,

напыление

напыление

ио­

I I

I

ионизированными

нейтральными

частицами

частицами

низированными ускоренными частицами]; способу взаимодействия частиц с остаточными

напыляемых

газами в камере [напы­

В покрытие

ление в инертной разреженной среде или высо­

ком вакууме (10·2 ... 10'3 Па), напыление в ак­ тивной разреженной среде

(10 ... 100

Па)].

Рис.

15.7.

Классификация методов и способов ВКН покрытий

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

к недостаткам нести:

невысокую

методов ВКН следует от­

производительность

са (скорость конденсации

-1

процес­

мкм/мин), повы­

напыляемым

231

изделием.

Особенно часто несо­

вместимость проявляется в низкой адгезионной

прочности;

образовании

на

границе

раздела

шенную сложность технологии и оборудова­

промежуточных фаз, снижающих эксплуатаци­

ния, низкие показатели энергетических коэф­

онные свойства напыляемых изделий; большом

фициентов распыления и напыления.

различии

в

температурных

линейного расширения изделия

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ

15,3.

при

Технология

нанесения

покрытий

пред­

показала

использовании

тугоплавких

композиционных

зультате последовательного выполнения

ков,

рых

на

слои

с

поверхности

заданными

изделий

формируются

характеристиками

и

например

рированных

для

хорошие

и

результаты

промежуточных

металлов

ставляет собой совокупность операций, в ре­ кото­

покрытия

и т.д.

Практика

НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

коэффициентах

материала

(молибдена),

а

термореагирующих

плакированных

или

слоев

также порош­

конгломе­

частиц никеля и алюминия.

Широко при меняется технология вакуум­

задан­

ной прочностью сцепления. Технологическая

ного

схема

ным составом по толщине покрытия. Вакуум­

рис.

получения

покрытия

показана

на

15.8.

ные методы

В соответствии с типом покрытия И усло­ виями

эксплуатации

выбирают:

его

состав,

толщину, метод и способ напыления и другие технологические особенности. При выборе состава покрытия необходи­ их

напыляемого ность

совместимость

изделия.

понимать

Под

с

материалом

совместимостью

принципиальную

адгезионного

взаимодействия

возмож­

материа­

лов покрытия и напыляемого изделия.

Для повышения качества покрытий ино­

покрытия

в

этом

возникает

при

неудовлетвори­

тельной совместимости материала

покрытия

с

t Специальная

I

•

•

I Газотермическое нанесение покрытий ~

I

Контроль технологического процеееа и средств технологического оснащения

газотермические

способы намного предпочти­

Подготовка порошков

Дополнительная 06ра60Тка нанесенных по-

1-> крытий для улучшения их

I I

в специ­

альной таре. Для определения размера частиц часто используют ситовый анализ. Набор сит с размером ячеек зволяет

0,05; 0,063; 0,1; 0,125

простым

способом

оценить

мм по­

грануло­

метрический состав порошка. Обязательной операцией при подготовке порошков является сушка или прокаливание до

120 ... 150

температур

прокаливают

при

ос.

Оксидные

порошки

температуре

600 ... 700 ос. пределах 2... 5 ч.

поверхностн

Качество

обработки

напыляемых

поверхности

прочность

сцепления

частиц

ческим обезжириванием в щелочных раство­

рах, а затем сушат. Составы обрабатывающих

покрьггии

покрьrrия и изделия

Технологическая схема получеиия

газотермнчееких покрытий

высокую

щения образования на поверхности конденсата.

Размерная 06p~60TKa

Выходной ко!п-роль качества

15.8.

Большинство

поставляют

Для этого их очищают от грязи и масла хими­

растворов и режим обработки

выбираются в

соответствии с ГОСТ

Особенно эф­

9.402-80.

фективно электрохимическое обезжиривание в щелочных растворах того же состава, что и при

~

Рис.

порошков.

напыления

Детали должны поступать сухими и чис­

свойств

I

для

тыми при температуре ~ 1О ос дЛЯ предотвра­

•

~

про­

порошка с поверхностью детали.

материалов

11

имеет

В этом отношении

тельнее по сравнению с вакуумными.

рует

исходных

поверхности

значение

изделий перед напылением во многом гаранти­

Подготовка

подготовка

немаловажное

Подготовка

.

соста­

процесса.

изделий.

и вспомогательных материалов

перемен­

легко управлять

Время обработки выбирают в

Входной контроль заготовки из основного материала, исходного материала покрытия

с

изводительность

гда прибегают к напылению подслоя. Необхо­ димость

позволяют

напыления

вом покрытия. При выборе способа напыления

мо наряду с эксплуатационными требованиями учитывать

следует

конденсационного

I

химическом

обезжиривании.

После

очистки

(в случае необходимости удаления следов из­ носа и придания детали прав ильной геометри­

ческой формы) их подвергают механической обработке.

Глава 15. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

232

Подготовку

следует

напыляемой

про водить

с таким

поверхности

расчетом,

наряду с очисткой осуществлялся активации,

Т.е.

повыщение

жаро- и коррозионно-стойкими покрытиями, а

чтобы

также для деталей из меди и медных сплавов и

и процесс ее

других материалов с высокой вязкостью. После

энергии

поверхно­

струйно-абразивной обработки детали обдува­

стных атомов до уровня обеспечения их хими­

ют сжатым воздухом для удаления с поверхно­

ческого

сти мелких частиц абразива. Не рекомендуется

взаимодействия

с напыляемыми

час­

тицами. Выбор способа подготовки зависит от

разрыв

материала

верхности и напылением

напыляемого

изделия,

его конструк­

операцией

поверхности которая

является

необходимой

существенно

прочность

образование

щероховатости,

влияет

сцепления

При

газотермических

шероховатость

пределах

только слоя

с под­

методах

требуется

поверхности

мкм (меньщие значения

для детонационного напыления; большие

других методов). ных

на

прочность дета­

напыляемой

Rz 20 ... 80

не

напыляемого

ложкой, но и на усталостную

ли.

на

-

методах

Наиболее

распространенным

методом

ховатости

напыляемой

поверхности

обработка

непосредственно

стью

размеров,

структуры

и Т.д.,

дополнительной упрочнения

создания активации и придания нужной щеро­

по­

с

напыленных

газотермическими после напыления

не обладают требуемыми параметрами: точно­

-

должна быть соизмерима с толщиной покрытия.

подготовкой

ч.

покрытиями

лением,

напыления

>3

Поверхности

шероховатостью, В связи

С чем

обработке:

припеканием,

плотностью

их подвергают

резанием,

пропиткой

и снятия остаточных

и

оплав­ пр.

Для

напряжений

используют термическую обработку.

Шероховатость при вакуум­

конденсационных

между

покрытий.

в для

времени

Последующая

ции и метода напыления. Основной подготови­

тельной

по

Спекание. Процесс ведут при общем на­

греве напыленного дится

как

в

(0,8 ... 0,9)Тnл ,

изделия.

твердой

Спекание

фазе

при

прово­

температуре

так и в присутствии жидкой фа­

зы. Твердожидкое спекание в основном приме­

является

няют для упрочнения композиционных покры­

струй но-абразивная обработка. Другие методы

тий. Образующаяся при расплавлении жидкая

получения на поверхности шероховатости (на­

фаза

резание рваной

способствуя его упрочнению.

резьбы, электроискровая или

проникает в

несплошности покрытия,

электромеханическая обработка, анодно-меха­

Пропитка. Для упрочнения газотермиче­

ническое шлифование) могут заметно снижать

ских покрытий применяют пропитку неоргани­

усталостное сопротивление детали. Обработку

ческими материалами. Для этого на напылен­

поверхности проводят струей сжатого воздуха

ную поверхность различными способами нано­

с абразивными частицами в защитных камерах.

сят пропиточный материал. При расплавлении

При толщине стенки детали или конструкции

благодаря капиллярным силам материал про­

специальные

никает в несплошности покрытия. Так, напри­

приспособления, исключающие ее коробление.

мер, пропитку покрытий из карбида вольфрама

Поверхности,

осуществляютмедью или припоями.

$5

мм

необходимо

не

применять

подлежащие

струйно-абра­

зивной обработке, защищают экранами из ме­

Оплавление. Это наиболее распростра­

талла или абразивостойкого материала (напри­

ненный способ упрочнения покрытий. Процесс

мер,

оплавления состоит в местном или общем на­

резины).

Зона

обработки должна

больше зоны напыления на

быть

мм с каждой

2... 3

Для

струй но-абразивной

пользуют 12А

-

греве

напыленного

изделия

до

температуры

плавления материала покрытия. Для сохране­

стороны.

шлифзерно

15А по ТУ

обработки

электрокорунда

зернистостью

2-036-197-76

63Н, 63П, 80Н, 80П по ГОСТ

ис­

марок

ния

значительной

структуры

части

исходной

тонкой

напыленного материала этот

про­

цесс ведут при температурах, близких к соли­

При

дусу. Наиболее легко он реализуется в покры­

металличе­

тиях, напыленных из самофлюсуюшихся мате­

ских покрытий рекомендуется при менять вы­

риалов. При этом самофлюсующиесяэлементы

сококремнистый абразив ДСК-17 с содержани­

(бор и

ем кремния в исходном материале

металл, что способствует повышению прочно­

нанесении

фракции

3647-81.

коррозионно-стойких

0,8 ... 1,6

рекомендуется

мм.

13 ... 17 %

Металлическую

дробь

применять для обработки мате­

риалов с твердостью до

кремний) диффундируют в

основной

сти сцепления напыленных покрытий до уров­ ня, близкого прочности наплавочных слоев.

Не рекомен­

Снятие остаточных напряжений. В на­

дуется применять металлический абразив для

пыленных покрытиях практически всегда при­

подготовки

сутствуют остаточные напряжения растяжения.

40 HRC.

поверхностей

под

напыление

ТЕПЛО- И ЖАРОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ

При

их

критической

слаивается.

С

величине

целью

покрытие

повышения

от­

работоспо­

также устойчив к действию органических ки­ слот.

собности покрытий на практике наиболее часто снижают

уровень

остаточных

растягивающих

напряжений термообработкой.

233

Никелевые

металлические

покрытия

на

сталях, сплавах меди, цинка, алюминия приме­

Обычно ее про­

няют в качестве противокоррозионных покры­

водят при обшем нагреве изделия до темпера­

тий для конструкций, подверженных воздейст­

туры

вию атмосферной и морской коррозии, корро­

600 ... 700

ос.

Механическая обработка. Большинство

зии в пресных водах. Скорость атмосферной

изделий с напыленными покрытиями подвер­

коррозии

гают окончательной механической обработке.

0,2

При этом преследуют две цели: придания изде­

в присутствии аммиака, его коррозия усилива­

лию окончательных

размеров

и доведения

по­

никелевого

покрытия

0,02 ...

мм/год. Никелевые покрытия растворяются

ется

при

содержании

хлоридов

железа,

меди,

верхности покрытия до требуемого класса чис­

ртути. Никелевые покрытия нестойки в азот­

тоты. Основными методами механической об­

ной кислоте.

работки напыленных покрытий являются реза­

Покрытия из тугоплавких металлов, мно­

ние, шлифование и полировка. Для покрытий

гослойные и комбинированные покрытия при­

из металлических сплавов с повышенной твер­

меняются для защиты изделий от особо агрес­

достью обработка должна осушествляться

на

сивных условий эксплуатации: высокотемпера­

шлифовальных станках с алмазными кругами

турной коррозии в присутствии растворов со­

повышенной жесткости.

лей и расплавов солей и металлов, высокотем­ пературной коррозии в присутствии сернистых газов, углеводородных соединений, хлоридов.

15.4. КОРРОЗИОППО-СТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ

15.5. ТЕПЛО- И ЖАРОСТОЙКИЕ

Для защиты от атмосферной коррозии в основном

сплавы,

применяют

цинк,

алюминий

а также

в качестве тепло- и жаростойких покры­ тий применяют тугоплавкие оксиды, интерме­

обладает алюминиевый сплав, содержащий (в

таллиды, жаропрочные сплавы и стали, многие

%): 1... 6 Zn, 0,01 ... 0,05

Этот

сплав

используют

стали,

ПОКРЫТИЯ

их

титан. Повышенной коррозионной стойкостью мас.

коррозионно-стойкие

и

1п,

0,005 ... 0,02 Cd.

для

металлизации

из которых находят применение и

как износо­

стойкие покрытия.

материалов

Помимо этих

стального листа. Алюминиевые покрытия бо­

для

лее стойки, чем цинковые, на воздухе и в воде.

спективны

Минимальная

личных металлов, соединения бора и керметы.

долговечность

металлических

толшиной

120... 300

неагрессивных сред

рессивных оксида

алюминиевых

газотермических

12 ... 35

алюминия,

покрытий

мкм составляет для сред­

получения

лет. Покрытия, состояшие из

окисления

хорошо

творе серной кислоты,

зашищают

конст­

10 ... 75%-ном

25 ... 50%-ном

рас­

растворе

фосфорной кислоты, аммиаке, ацетоне, бензи­

пер­

многие тугоплавкие карбиды раз­

металлокерамические

покрытия,

рукции в азотной кислоте,

покрытий

В последние десятилетия начали также исполь­ зовать

лет, для сильноаг­

20 ... 50

жаростойких

покрытия

защишаюшие

и в

нагрева. основном

термозащитные

одновременно

Тепло-

и

от

жаростойкие

предназначены

для

за­

шиты деталей, работающих при высоких тем­ пературах и в агрессивных средах, от высоко­

температурной газовой коррозии.

Покрытия на основе алюминидов никеля,

не, спиртах.

Антикоррозионные покрытия

из

цинка

кобальта,

широко используют для зашиты строительных

защиты

железа

деталей,

широко

применяются

например

лопаток

для

газовых

конструкций, элементов плавучих доков, пон­

турбин, от высокотемпературного окисления.

тонов И другого оборудования, эксплуатирую­

Хорошие

шегося в морской и речной воде, загрязненной

определяются прежде всего формированием на

промышленными отходами. В условиях атмо­

их поверхности при окислении плотной оксид­

сферы

ной

300

цинковые

покрытия

толшиной

до

мкм могут зашишать металл от коррозии в

течение нескольких десятилетий.

При загряз­

зашитные свойства этих

пленки АI 2 О з , препятствующей дальней­

шему окислению.

Широко распространены диффузионные

ненной атмосфере срок службы цинковых по­

алюминидные

крытий толшиной до

келевых

100

мкм

5... 7

лет. Цинк

покрытий

покрытия

сплавах,

на

которые

жаропрочных получают

ни­

насыще-

Глава 15. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

234

нием из порошковых смесей с галогенидными

(или слоями), обладающим низкой теплопро­

активаторами.

водностью. Теплозащитные покрытия наносят

Новые

возможности

жаростойких

способы,

как

плазменное в

покрытий

для

на различные детали ны,

поршень,

тепловых

головку

машин:

цилиндра

клапа­

дизельных

испарение,

двигателей, рабочие и сопловые лопатки и де­ тали камеры сгорания газовых турбин и др.

ионно-плазменное

покрытий

Fe),

такие

в том числе напыление

и др. Эти способы

Со,

- Ni,

предоставляют

вакууме,

нанесения

(Ме

формирования

электрон но-лучевое

напыление,

динамическом

распыление

для

используются

типа

MeCrAIY

причем их толшина может

быть> 100 мкм. Сплавы системы Ме

-

Сг

-

АI

Наиболее часто используют двухслойные по­ крытия:

внешний слой

из керамики (обычно

У 20з), внутренний металлический, чаще

Zr02 -

всего из сплава типа

Такие теплоза­

MeCrAIY.

щитные покрытия наносят на детали из жаро­

являются основой покрытия, а иттрий вводится

прочных сплавов на основе никеля, кобальта,

в небольших количествах (обычно

железа. Как правило, для теплозащитных по­

<1 %)

для

повышения адгезионной прочности оксидной

крытий идет керамика на основе

пленки, формируюшейся при окислении. По­

это покрытие имеет низкую термостойкость.

крытия системы

Поэтому для теплозащитных покрытий глав­

NiCrAIY

используют обычно

для защиты деталей газотурбинного двигателя

ным

от

6 ... 8 %

окисления

(>900

при

высоких

ОС). Покрытия системы

температурах

CoCrAIY

приме­

образом

используют

У 2Оз .

служат также

Zr02'

с

Zr02

Стабилизаторами

MgO,

Однако

добавкой

кроме У 2 О з

СеОъ СаО и другие соеди­

няют для защиты деталей стационарных или

нения.

морских газовых турбин от коррозии при сред­

мере

них

конкретной детали. Для работы при температу­

температурах

системы

FeCrAIY

(700 ... 900

ОС).

Покрытия

перспективны для защиты

деталей от газовой коррозии при температурах

<700 ос. Покрытия МеСгАIУ 6... 12 % АI и 20 ... 30 % Сг.

обычно содержат

Наиболее подходят для выбора материа­

рах

Выбор стабилизатора в значительной определяется

> 1000

условиями

эксплуатации

ос рекомендуется керамика

Zr02 -

У 2 Оз ·

15.6. ИЗНОСОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ

жаропрочных

В качестве износостойких покрытий на­

сплавов, работающих в окислительных газовых

ходят применение углеродистые легированные

лов

жаростойких

средах

1700

в

ОС,

покрытий

температурном силицидные

интервале

системы.

1200...

Главным

их

стали, сплавы на основе никеля и кобальта и твердые сплавы.

достоинством является образование при высо­

Особый интерес представляют сплавы на

котемпературном окислении сплошной «само­

никелевой основе самофлюсующегося типа с

залечивающейся)} стекловидной окалины малопроницаемой

для

кислорода.

Si0 2,

Покрытия

боридным и карбоборидным упрочнением сис­ темы

Ni -

Сг

- Si -

В. В зарубежной практике

этой системы используют в основном для за­

они известны как сплавы колмоной и аллой.

щиты сплавов на основе тугоплавких металлов

Главное назначение самофлюсующихся спла­

(особенно на основе ниобия, молибдена) и уг­

вов

леродных материалов (углеграфитовые и угле­

В связи С этим часто используют композици­

род-углеродные композиционные материалы).

онные порошки на основе самофлюсующихся

-

получение

В

износостойких

качестве

второго

покрытиЙ.

В многокомпонентных силицидных покрытиях

сплавов.

основным слоем, определяющим формирова­

добавляют карбиды, бориды

компонента

ние защитной окалины, наиболее часто являет­

СгВ и др.) или чистые металлы (алюминий,

(WC, TiC,

СГзСъ

ся либо легированный дисилицид молибдена,

титан и др.). При расплавлении металл взаимо­

либо твердые растворы тугоплавких дисилици­

действует с никелем, образуя никелиды, напри­

дОВ,

мер NiАl з , Ni з Ti,

модифицированные

для

улучшения

за­

TiNi,

щитных, технологических и эксплуатационных

представлен

свойств бором, иттрием, переходными метал­

ных порошков системы

лами

IY -

УН групп Периодической системы

элементов Д.И. Менделеева. В

последнее

время

начали

15.1

Ni -

Сг

- Si -

В, выпус­

каемых в России и нашедших наиболее широ­ кое

при меняться

ТiАl з и др. В табл.

химический состав гранулирован­

применение

для

напыления

и

наплавки

различными способами.

так называемые термозащитные покрытия. Они

Порошки типа ВСНГН представляют со­

представляют собой композиционные металло­

бой композиционную смесь порошков СНГН И

керамические покрытия с керамическим слоем

карбида вольфрама

(WC, W2C).

ИЗНОСОСТОЙКИЕПОКРЫТИЯ

235

15.1. Химический состав отечественных гранулированных порошков Ni - Сг - Si - В (основа - никель) Массовая доля элементов,

Марка сплава

ПГ-СР2

системы

%

Твердость,

Сг

В

Si

С

12 ... 15

1,5 ... 2,1

2,0 ... 3,0

0,2 ... 0,5

HRC

Fe

38 .. .43 5,0

ПГ-СР3

13 ... 16

2,0 ... 2,8

2,5 ... 3,5

0,4 ... 0,7

ПГ-СР4

13 ... 18

2,8 ... 3,8

3,0 .. .4,5

0,6 ... 1,0

57 ... 62

СНГН-50

13 ... 15

2,7 ... 3,2

3,0 ... 3,7

0,5 ... 0,7

47 ... 53

СНГН-55

14 ... 17

3,2 .. .4,0

3,5 .. .4,5

0,7 ... 1,0

СНГН-60

16 ... 19

4,0 .. .4,7

4,0 ... 5,0

0,9 ... 1,1

8СНГН-35

12 ... 20

2,0 .. .4,7

3,0 ... 5,0

0,5 ... 1,2

3,5

8СНГН-70

17

2,5

4,0

1,0

4,0

47 ... 52

3,0

53 ... 57 58 ... 62 -

Содержание бора и кремния в хромони­

тация,

келевых сплавах ограничено несколькими про­

шины,

центами (концентрация их изменяется от

т.д. Хромоникелевые сплавы с бором и крем­

4,5 %),

до

поскольку увеличение содержания этих

компонентов

заметно

снижает

пластические

свойства сплавов. Такого содержания кремния,

однако,

достаточно,

тельно понизить температуру

вов.

1,5

Структура

покрытия

значи­

плавления

и

эвтектики

боридов,

кар­

бидов и силицидов. Износостойкость покрытий

деталей

уплотнительных

обойм

подшипников,

гих

вых сплавов зависит главным образом от со­

вания.

бора

и

колеблется

твердость

температур

некоторых

530 ... 580

никелевых

сплавов

деталей

от

43 HRC дЛЯ сплавов типа ПГ-СР2 до 73 HRC дЛЯ сплавов типа ПГ-СР4. Горячая

38 57

и

энергетического,

металлургического оборудо­

интенсивного

паровая

эрозия

изнашивания

при

высоких

(газовая

и

температурах,

ние на рабочие поверхности твердыми сплава­ ми типа стеллит.

пературу плавления твердого раствора

1050 ... 1150

Стеллиты

представляют собой

ОС,

а

(Ni -

сплавы

высоким содержанием бора и кремния

-

Сг) с

в ин­

970 ... 1070 Ос. Все сплавы системы - Si - 8 многоцелевые и могут быть

пластич­

ную матрицу с включениями в нее карбидов, что позволяет этим

Большинство из этих сплавов имеет тем­

Сг

химического,

трение без смазки и т.п.), при меняют напыле·

ниже, чем стеллитов.

Ni -

колец,

пресс-форм,

до

и жаростойкость никелевых сплавов несколько

тервале

клапанов,

элементов

Для узлов и деталей, работаюших в усло­ виях

более высоких температурах горячая твердость

интервале

запорной

ос не уступает кобальто­

вым сплавам типов 82К и В3К. Однако при

в

и

шеек валов, калибров, ножей центрифуг и дру­ транспортного

и

уплотнительной

лопастей смесителей, мешалок и вен­

ром микроструктуры. Твердость хромоникеле­ углерода

и

тиляторов;

В значительной степени определяется характе­

держания

тре­

температурах

арматуры;

состоит из твердого раствора на основе никеля,

много компонентной

разгарные

высоких

нием типов СНГН, ВСНГН, ПГ-СР рекомен­

спла­

обычно

при

дуются для:

бора и

чтобы

сложна

высокотемпературные давление

материалам хорошо сопро­

тивляться коррозии в самых различных средах

и

сохранять

-800

эти

свойства

до

температур

Ос. Характерные черты стеллитов

рошая видами

обрабатываемость механической

практически

обработки

и

-

хо­

всеми

возмож­

ность получения поверхности высокой чисто­

рекомендованы для сложных форм изнашива­

ты.

ния, сочетающих многообразие таких факто­

кое

ров, как абразивное воздействие, эрозия, кави-

кобальтовой основе (табл.

В отечественной промышленности широ­ распространение

получили

15.2).

стеллиты

на

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

236 15.2.

Химический состав сплавов типа стеллита Массовая доля элементов,

Марка сплава

В2К

В3К 3ВlБК

W

Сг

Со

13 ... 17

27 ... 33

47 ... 53

4 ... 5

28 ... 32

58 ... б2

15 ... 1б

21 ... 25

52 ... б1

15.3.

Ni

Fe

<2

<2

-

<1,0

Массовая доля элементов,

ПГ-С27

С

1,0 ... 2,0

<1

1,8 ... 2,5

2,4 ... 2,5

-

1,0... 1,5

0,7 ... 1,1

2,0 ... 2,5

2,5 ... 3,0

%

Твердость,

Сг

Si

2,5 ... 3,5

25 ... 31

2,8 .. .4,2

1,5 ... 1,б

3,5

1,5 ... 2,0

13 ... 17

1,5 ... 2,2

0,4 ... 1,0

1,5 ... 2,5

3,3 .. .4,5

23 ... 28

1,0... 2,0

0,8 ... 1,5

1,5 ... 2,0

Основа

ПГ-С2

Мп

С

Fe

ПГ-СI

Si

Химический состав сплавов типа сормайта

Марка сплава

%

Mn

Сплавы на основе железа - это высокоуг­

Ni

Методы

5.

леродистые, высокохромистые заэвтектические

верхностей

сплавы,

ными

обладающие

высокой

износостойко­

4б ... 52

-

4б ... 55

0,1 ... 0,2

и средства

деталей

потоками

HRC

про'lИХ

машин

энергии

Мо

50... 5б

упрочнения

1

АЛ.

Семенов,

стью при истирании в абразивной среде. Тем­

И.Б. Ковш, И.М. Петрова и др. М.: Наука,

пература

404

плавления

этих

сплавов

1280 ...

напыления

широко

15.3)

деталей,

используются

работающих

в

для

условиях

б.

Структура напыленного сормайта состоит в основном

из вязкой аустенитной

обеспечивающей

надежное

вместо

ледебуритного

цементита

карбид

(Fe,

сильно

зависит

типа,

вакуумных

кар­

СГ)2ЗС6'

кубический

Износостойкость сплава

его

структуры,

количества

электродуго­

тэхнiка,

1991.

7.

Никитин М.М. Технология и обору­

дование вакуумного напыления. М.: Металлур­

гия,

1992. 112с. 8. Полевой

рочнение

ен., Евдокимов

машиностроительных

В.Д. Уп­

материалов:

Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Ма­ шиностроение,

9.

твердых частиц и степени карбидной неодно­

1994.

49б с.

Поляк М.С. Технология упрочнения.

Технологические

родности.

i

9б с.

содержащую

комплексный

от

Мрочек Ж.А., Эйзнер Б.А., Марч­

Г.В. Основы технологии формирования

многокомпонентных

матрицы,

закрепление

бидной фазы. Твердая фаза представляет собой эвтектику

ков

вых покрытий. Минск: Навука

абразивного износа.

1992.

с.

13БО ос. Сплавы на основе железа типа сор­ майт (табл.

по­

концентрирован­

методы упрочнения.

В 2-х т.

Т. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ные

Абраимов

материалы

и

Н.В.

бин. М.: Машиностроение,

2. женным

Высокотемператур­

покрытия

Барвинок

В.А.

состоянием

и

для

1993.

газовых

Управление

свойства

покрытий. М.: Машиностроение,

3.

Газотермические

тур­

33б с.

напря­

плазменных

1990.384 с.

покрытия

рошковых материалов: Справочник

из

1 Ю.с.

по­ Бо­

1. М.: «Л.В.М. - Скрипп>, Машиностроение, 1995.832 с. 10. Сварка и сварочные материалы. В 3-х т. Т. 2. Технология и оборудование: Справ. изд. 1 Под ред. В.М. Ямпольского. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 199б. 574 с. 11. Сидоров А.И. Восстановление дета­ лей машин напылением

и наплавкой.

шиностроение,

с.

12.

1987. 192

Хокинг М.,

Васантаери В.,

ки П. Металлические

и керамические

рисов, Ю.А. Харламов, с.Л. Сидоренко и др.

тия: Получение, свойства и применение

Киев: Наукова думка,

англ. М.: Мир,

4.

Кудинов

1987. 543

В.В.,

с.

Бобров

Г.В. Нанесе­

13.

М.: Ма­

2000. 518

Сид­ покры­

1 Пер.

с

с.

Ягодкин Ю.Д., Терентьева В.е Жа­

ние покрытий напылением. Теория, технология

ростойкие

и оборудование:

Сер. «Металловедение и термическая обработ­

таллургия,

Учебник для вузов.

1992. 432

с.

М.:

Ме­

покрытия

1/

Итоги

науки техники.

ка». 1991.Т.25.М.:ВИНИТИ.С.

182-253.

Гл а в а

16

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 16.1.

ь

ВИДЫ ДЕФЕКТОВ

~

СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ При

производстве

сварных

деталей

~

и

конструкций образуются дефекты различного вида, которые условно можно классифициро­

a)~

вать на:

дефекты подготовки и сборки; дефекты формы шва; наружные и внутренние дефекты. Дефекты подготовки и сборки. Харак­

терными видами дефектов при сварке плавле­ нием являются: неправильный угол скоса кро­ мок

шва

с

У-,

Х-

и

U-образной

разделкой;

длине стыкуемых кромок; ра

между

кромками

по

непостоянство зазо­

длине

стыкуемых

Рнс.

эле­

(Ь

слишком большой зазор между кромками сва­ расслоения

и

загрязнения

могут

возникнуть

станочного

оборудова­

<::ro

16.1. Основные

а

ментов; несовпадение стыкуемых плоскостей;

риваемых деталей;

* б)

слишком большое или малое притупление по

-

-

конструктнвные элементы

сварных швов:

без подготовки кромок малых толщин

ширина зазора); б

-

с

V -образной

разделкой

кромок.

Указанные из-за:

дефекты

неисправности

a==fJ,7 К

ния, на котором обрабатывали заготовки; не­

доброкачественности

исходных

материалов;

ошибок в чертежах; низкой квалификации сле­

а-К

Рнс.

16.2. Основные

-

нормального; б

сарей и сборщиков.

a-1J,5K

б)

а)

в)

конструктнвные элементы

валнков:

а

Дефекты формы шва. Форма и размеры

-

выпуклого; в

-

вогнутого

сварных швов обычно задаются техническими условиями,

указываются

ментируются

на

стандартами.

чертежах

элементами стыковых швов (рис. ся

их

варки

ширина е,

q 1;

угловых

и

регла­

Конструктивными являют­

16.\)

высота выпуклости швов тавровых

q

и

под­

и нахлесточ­

ных соединений без скоса кромок (рис.

16.2)-

катет К и толщина а. Размеры швов зависят от толщины

s

свариваемого металла

и

условий

эксплуатации конструкций. При

любыми

выполнении

методами

сварных

сварки

плавлением

седловины,

неравномерную

катетов в угловых швах (рис.

16.3).

В)

швы

могут иметь неравномерную ширину и высоту,

бугры,

G&aff56§tW5iZf§S§§f§}

соединений

высоту

Рнс. а

-

16.3. Дефекты

формы швов:

неравномерная ширина шва при ручной сварке; б

-

то же, при автоматической сварке;

В - неравномерная выпуклость

-

бугры и седловины

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

238

Неравномерная ширина швов образуется при

неправильном

движении

электрода,

сящем от зрительно-двигательной

зави­

координации

Подрезы представляют собой углубления (канавки) в основном металле, идущие по кра­ ям

шва (рис.

Глубина

16.5).

подреза

может

(ЗДК) сварщика, а также в результате возник­

колебаться от десятых долей миллиметра до

ших отклонений

нескольких миллиметров.

от заданного

зазора

кромок

Причинами образо­

при сборке. При автоматической сварке причи­

вания этого дефекта являются:

ной образования этого дефекта является нару­

силы ток и

шение

удобное

скорости

подачи

проволоки,

скорости

повышенное

значительной

напряжение дуги; не­

пространственное

положение

при

сварке; небрежность сварщика.

сварки и т.д.

Подрезы в шве уменьшают рабочую тол­

Неравномерность выпуклости по длине шва, местные бугры и седловины получаются

щину

при ручной сварке из-за недостаточной

цию напряжений от рабочих нагрузок и могут

квали­

фикации сварщика и в первую очередь объяс­ няются

особенностью

вильными

ЗДК сварщика;

приемами

удовлетворительным

заварки

поладок

редко

прихваток;

не­

качеством электродов.

При автоматической встречаются

непра­

и

в механизме

сварке эти дефекты

являются автомата,

следствием

не­

регулирующем

скорость сварки.

Перечисленные снижают

дефекты

прочность

формы

соединения

и

шва внут­

ренних дефектов.

Наружные дефекты. К ним относят на­ плывы,

подрезы,

незаделанные

кратеры,

про­

жоги.

Наплывы образуются ния расплавленного

в результате стека­

металла электрода

на нерас­

плавленный основной металл или ранее выпол­

ненный валик без сплавления с ним (рис.

16.4).

Наплывы могут быть местными, в виде отдель­ ных зон, а также значительными по длине.

Наплывы

возникают

из-за:

чрезмерной

силы тока при длинной дуге и большой скоро­ сти

сварки;

неудобного

пространственного

положения (вертикальное, потолочное); увели­ ченного наклона плоскости,

на которую накла­

дывают сварной шов; неправильного ведения электрода

или

неверного

смещения

электрод­

ной проволоки при сварке кольцевых швов под флюсом;

выполнения

вертикальных

вызывают

местную

концентра­

быть причиной разрущения щвов в процессе эксплуатации. Подрезы в стыковых и угловых швах,

расположенные

поперек

действующих

на них сил, приводят К резкому снижению виб­ рационной прочности; даже достаточно круп­ ные подрезы, проходящие вдоль действующей силы, отражаются

меньшей

на прочности

степени, чем

подрезы,

в значительно

расположен­

ные поперек.

Кратер

косвенно

указывают на возможность образования

металла,

углубление, образующееся в

-

конце шва при внезапном прекращении сварки.

Особенно часто кратеры возникают при вы­ полнении зависят

коротких

от

швов.

величины

Размеры

сварочного

кратера

тока.

ручной сварке его диаметр колеблется от

20

При

3

ную форму в виде канавки. Незаделанные кра­ теры снижают прочность сварного соединения,

так как концентрируют напряжения. При виб­ рационной нагрузке снижение прочности со­ единения из малоуглеродистой стали достигает

25 %,

а из низколегированных

- 50 %

при на­

личии в шве кратера.

Прожоги верстия

в

-

дефекты в виде сквозного от­

сварном

шве,

вытекании сварочной

образующиеся

ванны;

при

сварке металла

небольшой толщины и корня шва в многослой­ ных швах, а также при сварке снизу вверх вер­

тикальных швов (рис. жогов являются:

16.6).

чрезмерно

Причинами про­

высокая

погонная

швов

вверх и недостаточного опыта сварщика.

~одрез

~I' а)

Рис. а

-

Наплывы в швах:

горизонтальном; б в

г

16.4.

-

-

нахлесточного соединения;

таврового соединения;

стыкового соединения или при наплавке валиков

до

мм, при автоматической он имеет удлинен­

6)

Рис.

а

-

16.5.

в стыковом шве; б

-

Н)

Подрезы:

в горизонтальном шве,

расположенном на вертикальной плоскости; в

-

в угловом шве таврового соединения

ВИДЫ ДЕФЕКТОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

239

Размеры внутренних пор колеблются от

0,1

до

мм в диаметре, а иногда и более.

2 ... 3

Поры, выходящие на поверхность шва, могут

быть и больше. Свищи при сварке под флюсом и в углекислом газе на больших токах могут

иметь диаметр до мых Рис.

энергия дуги,

остановка

16.6.

скорость

питания,

сварки,

увеличенный

Во всех случаях отверстие, возникающее при хотя

и

заделывается,

однако

шов

в

этом месте получается неудовлетворительный по внешнему виду

!1

качеству.

lIод~оги возникаfOТ в результате возбу­ ждения дуги (<<чирканья электродом») на краю кромки. Этот дефект служит источником кон­ центрации

напряжений,

его обязательно

уда­

ляют механическим способом. включения,

непровары,

несплав­

до

нескольких

16.7,

а)

факторах: загрязненности основного металла по свариваемым поверхностям (ржавчина, масло и

т.п.), непостоянной толщине покрытия электро­ дов и т.Д. Скопление пор (см. рис.

16.7,

б) на­

блюдается при местных загрязнениях или от­ клонениях от установленного режима сварки, а

также

при

нарушении

сплошности

покрытия

электрода, сварке в начале шва, обрыве дуги или случайных изменениях ее длины. Цепочки пор (см. рис.

16.7,

в) образуются

в условиях, когда газообразные продукты про­ тяжении

металл

(при

по оси

сварке

шва на всем его про­

по

ржавчине,

подсосе

воздуха через зазор между кромками, подварке

корня

ления и трещины.

lIоры (рис.

-

обычно возникает при постоянно действующих

никают в

Внутренние дефекты. К ним относят по­ ры, шлаковые

пор

Равномерная пористость (см. рис.

зазор между кромками свариваемых элементов.

прожогах,

мм. Длина так называе­

сантиметров.

Прожоги

неравномерная

источника

6 ... 8

«червеобразных»

шва

некачественными

электродами).

в виде полости округлой

Одиночные поры возникают за счет действия

формы, заполненной газом, образуются вслед­

случайных факторов (колебания напряжения в

ствие:

свариваемого

сети и т.д.). Наиболее вероятно возникновение

металла, использования влажного флюса или

пор при сварке алюминиевых и титановых спла­

отсыревших электродов, недостаточной защи­

вов, в меньшей степени

ты

16.7)

загрязненности

шва при

сварке в

кромок

ченной скорости и завышенной длины дуги.

го шва

При сварке в углекислом газе, а в некоторых

неметаллическими

случаях

сидами).

и

под

флюсом

на

образуются сквозные поры

больших

токах,

так называемые

-

-

при сварке сталей.

это небольшие объемы, заполненные веществами (шлаками, ок­

Вероятность образования

шлаковых

включений в значительной мере определяется маркой

свищи.

-

Шлаковые включения в металле сварно­

углекислом газе, увели­

сварочного

электродами

с тонким

электрода. покрытием

При

сварке

вероятность

образования шлаковых включений очень вели­ ка. При сварке высококачественными электро­ дами, дающими много шлака, расплавленный металл дольше находится в жидком состоянии и

неметаллические

всплыть

шов

на его

засоряется

включения

поверхность, в

шлаковыми

успевают

результате чего

включениями

не­

значительно.

Шлаковые ,,..,.-: • .tJ.~

F

•. ~ . .'• • .,",.'~,

'

-,"'1\.

-

.

;:"~P\O""',~ ,:';'.:;,:!,.-"II:/.i-:'·'7'·";i·,~:,:::::

~..,.

~:..:

_......

.~

.\

'~.:-

•.. ::~ ,

16.7.

-

Характер пористости в наплавлеином

равномерная пористость; б в

-

ские включения имеют сферическую и продол­ говатую формы в виде вытянутых «хвостов» . очистки свариваемых кромок от окалины и дру­

металле шва:

а

можно разделить

Эти включения образуfOТСЯ в шве из-за плохой

в) Рис.

ВКЛfOчения

на макро- и микроскопические. Макроскопиче­

-

цепочки пор

скопления пор;

гих загрязнений и чаще всего вследствие внут­

ренних подрезов и плохой зачистки от шлака поверхности первых слоев многослойных швов

перед заваркой последующих (рис.

16.8).

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

240

~ lIIлак

Рис.

16.8.

Шлаковые включеиия по подрезу

кромки в миогослойном шве

Микроскопические

шлаковые включения

появляются в результате образования в процес­ се

плавления

некоторых

химических

г)

В)

соедине­

ний, остающихся в шве при кристаллизации.

Оксидные всех

видах

пленки

сварки.

могут

возникать

Причины

такие же, как и шлаковых

их

образования

включений:

а

по кромке с

-

в

-

между отдеЛЬНbIМИ слоями; г

зачистка

от

шлака

поверхности

слоев

шва при многослойной сварке; низкое качество

электродного покрытия или флюса; недостаточ­ но хорошая квалификация сварщика и т.п. Неnровары несплавления вие

в

неполного

-

это дефект в виде местного

сварном

соединении

расплавления

вследст­

кромок

или

по­

верхностей ранее выполненных валиков. Не­ провары

(рис.

основного

а)

16.9,

металла

с

ляют собой тонкую некоторых случаях

в

виде

несплавления

наплавленным

представ­

прослойку оксидов,

а

в

грубую шлаковую про­

-

слойку между основным и наплавленным ме­

таллом. Причинами образования таких непро­ варов являются: плохая

зачистка

кромок свариваемых

деталей от окалины, ржавчины, краски, шлака, масла и других загрязнений;

блуждание или отклонение дуги под влиянием

магнитных

полей,

особенно

при

сварке на постоянном токе; электроды

из легкоплавкого материа­

ла (при выполнении шва такими электродами жидкий

металл

натекает

на

неоплавленные

свариваемые кромки); чрезмерная

скорость

сварки,

при

ко­

торой свариваемые кромки не успевают рас­ плавиться; значительное

сторону

одной

из

смещение

свариваемых

-

в корне шва;

между валиками

загряз­

ненность поверхностей свариваемых элементов; плохая

16.9. Непровары: OCHOBHbIM металлом; 6 -

Рис.

при

электрода

кромок,

в

Причинами

образования

корне шва (см. рис.

16.9,

непроваров

выше могут быть: недостаточный угол скоса кромок;

большая

величина

их

притупления;

маленький зазор между кромками свариваемых

деталей; большое сечение электрода или при­ садочной проволоки, укладываемой в разделку шва, что значительно затрудняет расплавление

основного металла. Непровары между отдель­ ными слоями (см. рис. следующим

\6.9,

причинам:

в, г) возникают по

из-за

не

полностью

удаленного шлака, образовавшегося при нало­ жении

предыдущего

валика,

что

возможно

из-за трудности его удаления или небрежности сварщика; недостаточной тепловой мощности

(малый ток, излишне длинная или короткая дуга). ние

(рис.

Трещины

-

сварного

соединения

\6.\ О).

частичное местное разруше­ в

виде

разрыва

Образованию трещин способству­

ют следующие факторы: сварка легированных сталей в жестко закрепленных конструкциях; высокая

скорость

охлаждения

при

сварке углеродистых сталей, склонных к закал­ ке на воздухе;

применение высокоуглеродистойэлек­ тродной проволоки при автоматической сварке

конструкционнойлегированнойстали;

при

этом расплавленный металл натекает на вто­ рую

нерасплавленную

кромку,

прикрывая

не­

качество

ос­

про вар; неудовлетворительное

новного металла, сварочной проволоки, элек­

а)

тродов, флюсов и т.Д.;

плохая работа сварочного оборудова­ ния

-

Рис.

колебания силы сварочного тока и на­

б)

16.10. Трещины

в свариых швах и

соединеииях:

пряжения дуги в процессе сварки;

низкая квалификация сварщика.

в

б) кроме указанных

а

6-

-

в наплавленном металле;

в зонах сплавления и термического влияния

ВИДЫ ДЕФЕКТОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

использование

стей сварочного

повышенных

тока при

слоя многослойного

наложении

плотно­

зазора по длине (ЛС); газовые полости, возни­

первого

кающие из-за неполного закрытия газодинами­

шва толстостенных

сосу­

ческого

слишком

наиболее

глубокие

и узкие швы при

автоматической сварке под флюсом;

выполнение

сварочных

работ

при

низкой температуре; чрезмерное

нагромождение

швов

для

усиления конструкции (применение накладок и т.п.), в результате напряжения,

чего возрастают сварочные

способствующие

образованию

трещин в сварном соединении; наличие

дефектов,

в

сварных

являющихся

дру­

концентраторами

напряжений, под действием которых в области

Существенным

фактором,

образование

горячих

засоренность

основного

вредными

трещин

влияюшим (ГТ),

серы

и

метал­

фосфора.

(ХТ) образуются

личии составляющих

на

является

и при садочного

примесями

Холодные трещины

да в зоне зарождения

трещин

распространены

включения

(рис.

при

сварке

вольфрамовые

алюминиевых

сплавов

сварке

вольфрамовым

электродом.

При этом могут наблюдаться мгновенная неста­ бильность

дуги

вольфрамовыми

и

появление

чений. Вольфрамовые лагаться

внутри

одновременно

включениями

шва

и растягивающих

рода. Трещины относятся к наи­

ванны.

Вольфрам

обладает

включения

могут распо­

и на поверхности

ском

соедине­

снимке

он

и

На рентгенов­

характерные

ясные

изо­

16.11).

Вольфрамовые включения. как правило, обра­ зуются в местах обрыва дуги. при этом вольф­ рам скапливается в вершине кратеров. где час­

то образуются трещины. Вольфрамовые включения подразделяют на

две

основные

группы:

групповые.

Размер

включений

0,4 ... 3.2

описываются

(по

(изолированных)

документам

плотностью.

дает

на дно

нерастворим

бражения произвольной формы (см. рис.

щим

нормативно-техническим

в алюминии

большой

группы,

(НТД) недопустимы.

с

оксидных вклю­

ний в виде брызг. При попадании вольфрама в

более опасным дефектам и по всем действую­

ной

шва

Они обычно возникают при арго­

16.1 1).

нодуговой

при на­

мартенситного и бейнит­

ного типов, концентрации диффузного водоро­

I

формирования

жидкую ванну он обычно погружается

соединениях

дефектов начинают развиваться трещины.

напряжений

дефекты

Металлические включения. В практике

недостаточный зазор между кромками деталей при электрошлаковой сварке;

лов

канала;

из-за выброса металла; пористость.

дов и изделий;

гих

241

изолированные

диаметра

и

изолированных

мм. Групповые включения рентгенограмме)

количеством

и

размером

включений

в

размером отдельных

группе,

при

этом размер группы характеризуется размером

Для электрон но-лучевой (ЭЛС) и лазер­

минимальной окружности, в которую вписыва­

сварки

ется

С1Ulавления

(ЛС) за

наиболее

счет

характерны:

смещения

луча

не­

вследст­

вие намагничивания (ЭЛС) или непостоянства

Рис.

16.11.

группа

включений.

Если

изображение

нескольких включений сливается. то их при­ нимают за одно включение.

Вольфрамовые ВКЛЮ'Iения в швах свариых соединеиий алюмиииевого сплава (рентгеновскнй сннмок)

Глава

242

16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

16.I.l.ДЕФЕКТbJ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

неправильная заточка или неравномер­

Основными наружными дефектами швов сварных

соединений,

выполненных

ный износ рабочей поверхности электродов; перекос свариваемых электродов кон­

точечной

сваркой, являются:

струкции.

наружные трещины (рис.

Основные внутренние дефекты точечной

16.12);

сварки:

прожог;

непровар (рис.

наружный выплеск; выход на поверхность литой структуры;

сварной конструкции; внутренние трещины, поры и раковины;

разрыв металла у кромки соединения; поверхностное

нарушение

сплошно-

сти металла во вмятине от электрода; чрезмерная

вмятина

внутренний (рис.

выплеск

металла

16.] 4); несимметричное

инеправильная

расположение

ядра

точки;

форма вмятины от электродов;

чрезмерное

темная поверхность сварных точек.

Образованию этих дефектов способствуют: большая величина или длительность

ление

>80 %

проплавление

-

проплав­

толщины свариваемого листа.

Причины

образования

внутренних

де­

фектов:

импульса сварочного тока; малое

отсутствие

16.13) -

взаимной литой зоны соединяемых элементов

вырыв точек;

усилие сжатия

электродов

недостаточная

или

величина

или

импульс

сварочного тока;

отсутствие его;

большое усилие сжатия электродов;

плохая подготовка поверхностей свариваемых деталей;

шунтирование сварочного тока;

увеличение

загрязнение электродов;

рабочей

поверхности

электродов;

малое ковочное усилие;

нестабильность

позднее приложение последнего;

контактного

сопро­

недостаточное охлаждение электродов;

тивления, вызванная плохой подготовкой

неисправное сварочное оборудование;

верхностей деталей; большой плакирующий слой;

неправильная форма контактных поверхностей электродов;

раннее приложение ковочного усилия;

большие натяги деталей при сварке и

малое усилие сжатия электродов;

в процессе правки;

неверное

по­

малое ковочное усилие; установление

электродов

и

т.д.;

запаздывание

включения

ковочного

усилия;

близость сварной точки

к

краю со­

большой сварочный ток;

единения;

продолжительное время сварки;

малая величина нахлестки и др.;

небольшой размер рабочей поверхно­ сти электродов;

пере кос деталей или электродов;

Рис.

16.13.

Макроструктура непроваренной

сварной точки из сплава Д16Т толщииой

Увеличение

Рис.

16.12.

Наружные трещины сварной точки.

Увеличен не

10'

Рис.

2 + 2 ММ.

S'

16.14. Сварные точки

с выплеском

ВИДЫ ДЕФЕКТОВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

большое

контактное

сопротивление

деталей;

243

вытекание клея в процессе термооб­ работки;

плохая зачистка электродов;

большая

величина

недостаточное количество клея, нано­

сварочного

тока

симого на кромки;

или его импульса;

плохая

пониженная вязкость клея;

подготовка поверхностей де-

талей;

попадание пузырьков воздуха при на­ несении клея и др.;

недоброкачественный клей;

загрязнение электродов; малое усилие сжатия электродов; перекос

свариваемых

элементов

плохая кон-

подготовка

некачественная

струкции;

смешение сварной точки к краю на-

поверхности

под

склеивание;

сборка

и

прихватка

склеиваемых элементов конструкции;

хлестки;

недостаточное давление;

большие зазоры при соединении пло­

малая нахлестка;

неправильный подбор размеров кон­

хо пригнанных заготовок;

тактных поверхностей электродов;

наличие в клеевом слое растворителя;

чрезмерное разбавление клея (умень­

сварка различных по химическому со­

шенный процент сухого остатка);

ставу материалов;

сварка деталей разной толшины и др.

Основным дефектом

контактной стыко­

вой сварки сопротивлением или оплавлением является

«слипание»,

при

котором

между

сва­

неправильный режим полимеризации клея и др.

Клеесварные процессе

соединения

совмещения

получают

технологических

в

про­

риваемыми элементами имеется механический

цессов точечной сварки и склеивания метал­

контакт,

лов. Наибольшее распространение в машино­

зерен

но отсутствует взаимное

между

соединяемыми

прорастание

границами.

добный дефект часто образуется

По­

строении получили клеесварные соединения из

при сварке

алюминиевых сплавов типа Д16, АМг6 и др.

трением, давлением, диффузионной взрывом.

вестными

и сварке

В готовом клеесварном соединении встречаются

Уверенно обнаружить слипание из­

дефекты, свойственные точечной сварке и склеи­

физическими

достаточно сложно. Для

методами

контроля

предупреждения его

ванию.

Наиболее

опасным

дефектом

считать дефект точечной сварки

-

следует

непровар.

образования применяют так называемые пара­ метрические

методы

контроля,

при

которых

ряд Доминируюших параметров (ток, напряже­ ние, давление, длительность, скорость осадки и

т.д.) поддерживается в определенных заранее установленных границах.

16.1.2. ДЕФЕКТЫ

16.1.3. ДЕФЕКТЫ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ При изготовлении паяных изделий (кон­

струкций) образующиеся дефекты можно раз­ делить на три группы:

КЛЕЕНЫХ И КЛЕЕСВАРНЫХ

СОЕДИНЕНИЙ

дефекты заготовок и сборки изделия под пайку; дефекты паяных швов;

Характерные дефекты клееных соединений: трещины и расслоения;

непроклей (зона отсутствия сцепления между соединяемыми элементами); пониженная

адгезия

клея

дефекты готового паяного изделия. Для обеспечения качества паяной конст­

рукции в первую очередь необходимо обеспе­ чить качество изготовления заготовок и сборки

со

склеи-

ваемой поверхностью;

под паЙку. При сборке обращают внимание на установление необходимых зазоров и надежное

пористость;

закрепление

пузыри и раковины;

Изделие, подлежащее пайке, после нанесения и

пережог и др.

закрепления

Основные причины образования этих де-

фектов: неправильный режим полимеризации; слишком высокое давление; излишнее количество клея;

соединяемых

припоя

устанавливают

собление,

обеспечивающее

припоя

зазоры

в

и

элементов

полное

наименьшее

изделия.

в

приспо­

затекание

коробление

конструкции.

Характерные дефекты сборки под пайку: неравномерность

зазора

между

соединяемыми

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

244

поверхностями;

изделия.

Эти

смещение

дефекты

элементов

возникают

паяемого

вследствие

имеющих место при сборке, нагреве под пайку, кристаллизации

металла

шва

и

охлаждении

неточной обработки заготовок; смещения заго­

паяного соединения. В основном металле тре­

товок в процессе

щины

отсутствия

их закрепления

приспособлений,

при сборке;

обеспечивающих

надежную фиксацию изделия и отдельных его Типичные дефекты паяных швов (соеди­ непропай

несплошное

-

заполнение

зазора припоем, а также отсутствие связи меж­ ду

припоем

поры

и

и

основным

раковины;

металлом;

шлаковые

и

металла

непропаянных

припоем.

мест,

Чтобы

необходимо

Наличие вредных примесей в припоях отрица­ влияет

на

качество

заполнения

зазора.

Жидкотекучесть припоев резко снижается при их загрязнении оксидами.

Трещины в паяных швах могут возник­ нуть под действием собственных напряжений в металле

или

вследствие

вибраций

паяемой конструкции в процессе пайки, когда

закристаллизовавшийся

припой

недостаточно

прочен. К образованию трещин склонны швы, спаянные припоя ми, имеющими широкий ин­ тервал кристаллизации.

Различают ГТ и ХТ. Первые образуются в процессе кристаллизации высоких температурах,

200

и усадки припоя при

-

вторые

при темпера­

ос.

В зависимости от расположения трещины делят на три группы:

припоя

с

основным

ме­

таллом.

Трещины в

припое паяного шва могут

возникнуть вследствие усадки

при

кристалли­

зации и образовании галтелей в соединениях, паянных внахлестку. Трещины в контакте при­ пой

-

основной

металл

при

испарении

отдельных

компо­

нентов флюсов и припоев. Усадочные ракови­ ны,

поры

и

неспаи

недостаточном

пайке

припоя

могут появиться также при

количестве

или

внесенного

слишком

при

большом зазоре

между кромками свариваемых деталей. Нали­ чие адсорбированного слоя влаги во флюсе и

на прутках припоя тоже способствует появле­ нию пор инепропаев.

Шлаковые включения в паяном шве обра­ зуются вследствие плохой подготовки поверх­ ности

соединяемых

элементов

перед

пай кой,

наличия загрязнений (ржавчины, масла и т.д.), а также при длительном нагреве во время пай­

ки, когда флюс, реагируя с основным метал­ лом,

переходит

при поем.

в шлак,

плохо

вытесняемый

Избыток кислорода в пламени при

пайке газовой горелкой также влечет за собой

образование шлаковых включений. К дефектам готового паяного изделия от­

носятся деформации и коробление, вызванные неравномерными

нагревом

и

охлаждением

в

изделия под паЙку.

в основном металле; контакте

зующихся

процессе пайки, а также неправильной сборкой

в шве паяного соединения;

в

напряжений или внешней нагрузки это при во­

дит К образованию трещин. Возникновение мелких пор, в том числе и

чить установленные технологией пайки зазоры.

турах до

связи между ними. При наличии собственных

се пайки газов, содержашихся в припое и обра­

паяемого

основном

способствовать проникновение припоя по гра­

непропаев, может вызвать выделение в процес­

тщательно удалить оксидную пленку и обеспе­

тельно

действием

трещины;

Непропай возникает в результате несма­ избежать

под

флюсовые

включения.

чивания

образовываться

ницам зерен основного металла, что ослабляет

элементов.

нений):

могут

расплавленного припоя. Их появлению может

могут появиться при

Анализируя склеивания можно

и

дефекты

причины

утверждать,

что

их для

сварки,

пайки,

возникновения. предотвращения

образования дефектов в первую очередь необ­ ходимы строгое соблюдение технологии свар­ ки, пайки, склеивания

и

надежный

контроль

качества в процессе производства.

пайке разнородных металлов с резко различ­

ными физико-химическими свойствами. Наи­ более часто этот дефект наблюдается при пай­ ке

пластин

твердых

сплавов

к

корпусам

16.2.

ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ И СПОСОБЫ ИХ ИСПРАВЛЕНИЯ

инст­

рументов из конструкционных сталей. Трещи­ Современное

ны могут также возникнуть при пайке медны­

ми

и

серебряными

припоями

коррозионно­

стойких сталей в напряженном состоянии. В основном металле ГТ и ХТ появляются

под

действием

собственных

напряжений,

ляет

весьма

машиностроение

высокие требования

изготовляемых изделий и

к

предъяв­ качеству

прежде всего к их

прочности, понимаемой в широком смысле как

сопротивление деформированию

и

разруше-

ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ

нию. Эти требования обусловлены

все возрас­

чине

энергии,

тающей

работы

двух

новых

талей

напряженностью

мащин.

При

ность исходили

условий

расчете

из модели

деталей

на

де­

проч­

межатомных

сплошного твердого

нокристалла,

затрачиваемой поверхностей

связей

во

245 на образование

при

преодолении

в идеальной

много

раз

решетке

выше

мо­

значений

тела, обладающего совершенной структурой, а

«технической»

для

испытании реальных образцов того же металла.

изготовления

их

рассчитывали

использо­

прочности,

получаемых

вать простые по составу материалы (например,

Так, для чистого железа теоретическое

углеродистые

ние

и

низколегированные

стали),

отличающиеся высокой технологичностью. В современных ная

часть

деталей

статическим

пературах

же агрегатах подвергается

нагрузкам

или

при

длительным

нагрузкам

тем­

> I О 000

значе­

МПа, а техническое

МПа. Это расхождение объясняется на­

-250

значитель­

повышенных

повторным

прочности

при

личием различного рода дефектов шенств строения

несовер­

-

кристаллического тела, влия­

ние которых на свойства этого тела столь зна­

(в том

чительно, что современную физику твердого

числе и знакопеременным)

при нормальных и

повышенных температурах

или же работает в

тела часто определяют как физику дефектов. К

условиях воздействия на них агрессивных сред, резких

тепловых

излучения.

Для

требуются

массы,

стали,

обладающие

свойствами

тельной

таких

деталей

жаропрочные,

ки­

специаль­

прочности,

пределом

дли­

ползучести,

сопротивлением

как правило,

тер­

этим

отличаются

слож­

ным составом и характеризуются более низки­ свойствами,

изготовление

что весьма

из них изделий,

а в

ряде случаев при водит к необходимости созда­ технологических

процессов

для

сочетать

указанные

выше

свойства с малой массой изделия обусловило применение составных конструкций, например из металлических

и

неметаллических

материа­

лов, соединенных склейкой и пайкой. Методы тяжелых

расчета деталей,

условиях

ных количествах (порядка 108/ см 2 ).

работающих

нагружения,

на

рам

не

превышающие

в

прочность

значительно сложнее, особенно это относится к

образовываться в процессе

В реальном

ском теле

стремясь

в

изделие,

исходит

прочности.

максимальной из

Например,

авиационных

конструктор,

степени

облегчить

минимального

для

двигателей

основных

запаса

деталей

(коленчатый

металле

появляться

в ре­

поликристалличе­

-

встречаются

-

еще более

грубые

дефекты, например .\1икроекоnичеекие трещи­ ны размерами

>0,2

мкм. Такие трещины возни­

кают на поверхности стальных деталей в про­ цессе их механической обработки или эксплуа­ Несмотря

вал,

шатун, лопатки и диск турбины и компрессора)

на

незначительную (порядка

нескольких микрометров) глубину, эти трещи­ ны резко снижают прочность детали (особенно при работе в условиях сложного напряженного состояния

или

воздействия

поверхностно­

активных сред), ускоряя ее разрушение. У да­ ление

поврежденного

поверхностного

слоя

механически (зачисткой тонкой шкуркой, пес­

коструйной

случаях

а также

зультате приложения напряжений.

ским

этих

Такие

по границам блоков кристалла

его роста,

ники,

в

разрешения

мкм).

(:50,2

трещины, согласно гипотезе Гриффитса, могут

расчетам деталей авиационной и ракетной тех­ поскольку

предела

оптического микроскопа

тации.

придания им необходимых формы и свойств. Требование

содержащиеся в реальных кристаллах в огром­

К дефектам более грубого порядка отно­

Стали и сплавы, удовлетворяющие

новых

Т.е. особые зоны искажений атомной решетки,

сят субмикроскопическиетрещины, по разме­

и т.д.).

ния

тонкой

пластические

повышенными

ми технологическими

несовершенствам

-

относят прежде всего дислокации,

сплавы,

выносливости,

затрудняет

-

неметалличе­

мической усталости, коррозионной стойкостью

требованиям,

дефектам

структуры

и

(пределом

прочностью,

пределом

радиоактивного

металлические

материалы:

ными

или

высокопрочные,

слотоупорные ские

ударов

изготовления

таким

обработкой)

растворением

или

электролитиче­

существенно

повышает

Наиболее грубыми являются

микроско­

прочность детали.

пические,

женным

видимые

глазом

в

ряде

дефекты,

случаев

невоору­

представляющие

собой различного рода нарушения сплошности

в то

или однородности металла. Эти дефекты могут

время как в общем машиностроении и строи­

стать причиной особенно сильного снижения

минимальный

запас

прочности

тельной практике он доходит до Как прочности

1,3 ... 1,5,

прочности детали и ее разрушения. С увеличе­

10 ... 15.

известно,

теоретические

металла,

рассчитываемые

значения

нием размеров детали

по

фектов возрастает, поэтому реальное снижение

вели-

вероятность наличия де­

246

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

прочности на крупногабаритных деталях про­

таты

является более заметно (масштабный фактор).

вают, что для пластичных материалов при ста­

Наиболее детально влияние дефектов на работоспособность

конструкций

изучено

для

многочисленных исследований показы­

тической нагрузке (рис. влияние

величины

кривые

16.15,

непровара

на

1, 2, 4)

уменьшение

изделий, выполненных сваркой. В большинст­

их прочности

ве

тельной глубине непровара. Для малопластич­

случаев

дефекта

степень

на

влияния

того

работоспособность

устанавливают

или

иного

конструкций

экспериментально:

испытания­

ми образцов с дефектами. всего

оценивают

в эксплуатацию

допустимость

нали­

чия наружных дефектов. Значения их допусти­ мости,

как

правило,

и

пропорционально

высокопрочных

ческой (см. рис.

16.15,

материалов

кривые

относи­

при

стати­

а также

3, 5),

при динамической или вибрационной нагрузке

При сдаче конструкции прежде

ных

прямо

указаны

в

(рис.

пропорциональность между поте­

16.16)

рей работоспособности и величиной дефекта нарушается.

технических

условиях на изготовление конструкции и зави­

сят от условий ее эксплуатации.

Установлено,

что

выпуклость

шва

не

снижает статической прочности, однако очень

влияет

на

больше

вибрационную

выпуклость

шва

прочность. и,

Чем

следовательно,

меньше угол перехода от основного металла к наплавленному, тем

сильнее оно снижает

пре­

дел выносливости. Таким образом, чрезмерная выпуклость шва может свести к нулю все пре­ имушества,

полученные

от

оптимизации

тех­

нологического процесса по улучшению качест­

ва сварных соединений, работаюших при виб­ рационных,

динамических

и

Рис.

ческих нагрузках.

Значительным

способность)

о

повторно-стати­

(по

влиянию

наружным

на

дефектом

работо­

16.15. Влияиие отиосительиой глубииы IJ.h / s

иепровара кория шва иа статическую прочиость

является

подрез. Он недопустим в конструкциях, рабо­

10 20 30 40 IJ.h/s, %

стыковых соедииеиий (без выпуклости):

I -

Ст3;

2 - сталь 12X 18H9T; 3 - сталь 25ХГФА; 4 - сплав Дl6T; 5 - сталь 30ХГСНА

тающих на выносливость. Небольшой протя­ женности подрезы, ослабляющие сечение шва

не более чем на

5 %,

в конструкциях, рабо­

тающих под действием статических нагрузок, можно считать позволительными.

образуют самым,

концентраторы

снижают

напряжений

выносливость

и,

\

196

Наплывы, резко изменяя очертания швов,

тем

157

конструкции.

Наплывы, имеющие большую протяженность,

следует

считать

недопустимыми

\

118

дефектами,

\ 1

~2

так как они вызывают концентрацию напряже­

78

ний и нередко сопровождаются непроварами.

\ ~ r--....

Небольшие местные наплывы, вызванные слу­

39

чайными отклонениями сварочных режимов от

J

заданных, разрешаются.

Кратеры, как и прожоги, во всех случаях

о

являются недопустимыми дефектами и подле­ жат исправлению.

Для

окончательной

сварного

соединения

значения

допустимости

оценки

контролер

качества

должен

наружных

и

знать

Рис.

10

20

ЗА

-

Jhjs.%

Влияиие отиосительиой величииы

6h / s дефектов

на усталостиую прочиость

стыковых соединений из низкоуглеродистых

внутрен­

них дефектов, которые указаны в НТД. Резуль-

16.16.

l;'-1"--- r--

сталей (без выпуклости):

I -

подрезов;

2-

пор;

3-

непроваров;

4-

шлаков

ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ

У становлено,

что

поры

и

шлаковые

сохранилась

247

минимально допустимая толщина

включения при их относительной суммарной

стенки детали в месте максимальной глубины

плошади в сечении шва до

выборки.

ски

мало

влияют

соединения (рис.

на

16.17).

чительную

выпуклость,

включения

суммарной

1О ... 15 %

5... 1О %

практиче­

статическую

прочность

Если в процессе механической обработки (вы­

и

площадью

шлаковые

(размером)

мости от места расположения таких дефектов величина

может

составлять

от сечения шва.

Такие дефекты, как трещины, оксидные пленки, несплавления, недопустимы.

С учетом всех перечисленных конструк­ тивно-эксплуатационных факторов для альтер­ нативной оценки опасности влияния сварочных дефектов их целесообразно разделить на две группы: объемные и плоскостные. Объемные дефекты не оказывают существенного влияния

на работоспособность соединений. Эти дефек­ ты (поры, шлаки, флокены) можно нормиро­ вать по размерам или площади ослабления ими

сечения изделия. Плоскостные трещиноподоб­ ные дефекты (трещины, оксидные пленки, не­ сплавления,

раскаты)

шва удаляют по

шлифовки) не удалось

поры

от сечения шва слабо сказываются на

допустимая

корня

то

по

НТД,

как

правило,

считаются недопустимыми.

При обнаружении недопустимых наруж­

полностью исправить

наружные дефекты, то их как недопустимые внутренние

дефекты

необходимо

полностью

удалить.

(закладные детали, стыки арматуры) в зависи­

10... 25 %

с

Если швы имеют зна­

статической прочности. Для ряда конструкций

их

Дефекты

всей длине заподлицо с основным металлом.

Заглубленные

наружные

и

внутренние

дефекты (дефектные участки) в соединениях из алюминия,

титана

и

их

сплавов

следует

уда­

лять только механическим способом: вышли­ фовкой абразивным инструментом или резани­ ем, а также вырубкой с последуюшей зашли­

фовкой. В ряде случаев в конструкциях из ста­ ли

допускается

удалять

дефектные

участки

воздушно-дуговой или плазменной строжкой с последующей обработкой поверхности выбор­

ки

абразивными

инструментами.

При

этом

поверхности изделий из углеродистых и крем­

немарганцовистых сталей должны быть зачи­

щены

(зашлифованы)

до

полного

удаления

следов резки.

Исправление дефектов с заваркой выбо­ рок в сварных соединениях, подлежащих обяза­ тельной термической обработке и выполненных из легированных

и

хромистых сталей,

нужно

ных или внутренних дефектов их обязательно

проводить после высокого

удаляют. Удаление наружных дефектов следу­

ка

ет

окончательного или предварительного), за ис­

про водить

вышлифовкой

с

обеспечением

сварного

(450 ... 650

соединения

(промежуточного,

плавных переходов в местах выборок. Места

ключением

выборок можно не заваривать в случае, если

технологическими инструкциями.

отдельных

ОС) отпус­

случаев,

оговоренных

ifJ, • d's:l. б"МПа КС, ДЖ!М 2

180

36

160 140

Jl 765 0,05 l8 687 0,05 l4 587 0,0""

110 100

883 0,06

го

НО

0,04

80

16

391 0,035

60 '1-0

11

19ч

0,03

8

196

О,ог5

lO

'+

98 O,Ol

О

О

О

О Рис.

16.17.

16

20

l'+

g=S/Sp, %

Влияиие отиосительиой площади дефектов (пор) иа мехаиические свойства

стыковых соедииеиий нз легироваииой стали (ав

= 850 МПа

после закалки и отпуска)

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

248

При удалении дефектных мест целесооб­ разно соблюдать определенные условия. Длина удаляемого участка должна быть равна длине дефектного места плюс

10 ... 20

мм с

каждой

Ео

стороны, а ширина разделки выборки должна быть такой, чтобы ширина шва после заварки не

превышала двойной ширины до

заварки.

Форма и размеры подготовленных под заварку

выборок должны

обеспечивать возможность

надежного провара в

любом

месте.

Рис.

1-

Поверх­

Схема просвечиваиия:

16.18.

источник:

F-

ность каждой выборки должна иметь плавные

2-

3-

изделие:

детектор:

фокусное расстояние

очертания без резких выступов, острых углуб­ лений

и

заусенцев. При

в общем

заварке дефектного

участка необходимо перекрыть прилегаюшие

виде

закон

ослабления

имеет

вид

(16.1)

участки основного металла.

После заварки участок надо зачистить до полного удаления раковин и рыхлости в крате­

где

ре, выполнить на

ной

нем

плавные переходы к ос­

В сварных швах со сквозными трещина­

перед заваркой требуется засверлить их

концы, чтобы предотвратить распространение

трещин.

Дефектный участок

в

этом

случае

проваривают на полную глубину. Заварку дефектного участка проводят од­ ним из способов сварки плавлением (ручной дуговой, дуговой в инертных газах и т.д.).

Исправленные швы сварных соединений должны быть повторно проконтролированы в соответствии с требованиями, предъявляемыми к качеству изделия. Если при этом вновь будут обнаружены дефекты, то их исправляют снова с соблюдением необходимых требований. Число исправлений одного и того же дефектного уча­ стка зависит от категории ответственности кон­

16.18):

прошед­

Ионизирующее излучение, проходя через

поглощаясь и

взаимодействует с

электронными

рассеиваясь,

и

атом­

оболочками,

вследствие этого

испытывает ослабление. Степень ослабления

зависит от толщины О и ПЛОТНОСТи р контро­ лируемого объекта, а также интенсивности энергии Е излучения.

линейный

ослабление излучения на единицу длины пути в данном материале.

Основные единицы измерения ионизи­ рующего

излучения.

Единицей

измерения

энергии ионизирующего излучения

в Между­

народной системе единиц (СИ) служит джоуль (Дж).

1 Дж 1 Н,

силы в

1м

эквивалентен механической работе

перемещающей тело на расстояние

в направлении действия силы. Часто энергию рентгеновского и у-излу­

чений выражают в килоэлектрон-вольтах (кэВ)

или

мегаэлектрон-вольтах

вольт

равен

энергии.

частица,

(МэВ).

которую

несущая

'Электрон­

приобретает

один

элементар­

электрическом

поле

между двумя

точками

с

1 В.

либо

количество

радиоактивного

вещества)

определяется числом атомов, распадающихся в

изотопа равна произведению постоянной рас­

пада на общее число радиоактивных атомов:

регистрирующий

шее ионизирующее излучение.

и

J..Io -

характеризующий

единицу времени. Активность радиоактивного

контролируемый объект;

ядрами

ослабления,

Активность радиоактивного uзотоnа в

источник ионизирующего излучения;

ными

через

источнике (любом объекте, содержащем какое­

При радиационном контроле используют

изделие (вещество),

коэффициент

в

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

детектор.

той же точке перед изделием;

разностью потенциалов в

КОНТРОЛЯ

три основных элемента (рис.

прошедшего

интенсивность потока излучения в

ный заряд (заряд электрона), при перемещении

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ

16.3.1.

пространства,

10 -

заряженная

струкции и. как правило, не превыщают трех.

16.3.

интенсивность потока излучения в дан­

точке

изделие;

новному металлу.

ми

11 -

1и

w,JV.

Ан =

Активность

изотопа в источнике опреде­

ляется числом распадов в секунду и в СИ из­ меряется в беккерелях (Бк). На практике широ­ ко применяют

сти

-

кюри

количества

внесистемную

\Ки).

Кюри

-

радиоактивного

единицу

активно­

активность такого вещества,

в

кото­

ром происходит 3,7 . 1010 распадов!с. Такое число распадов в секунду происходит в 1 г радия.

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Отношение активности активном точника

источнике называют

изотопа в радио­

к массе или объему соответственно активности

Мощностью nоглощенной дозы называ­

ис­

ют дозу, поглощенную в единицу времени. За

удельной

единицу мощности поглощенной дозы любого

или объемной активностью изотопа. Из определения

249

вида ионизирующего излучения принят Гр/с,

следует, что

внесистемная единица

чем больше радиоактивного вещества находит­

рад/с.

-

Эквивалентная доза излучения опреде­

послед­

ляет биологическое воздействие излучения на

него, и чем больше период полураспада изото­

организм человека. Эквивалентная доза излу­

ся

в

источнике,

тем

выще

активность

па, тем больше радиоактивного вещества необ­

чения равна произведению поглощенной дозы

ходимо взять для получения данной активно­

1)п

сти. Например,

активностью

в

Ки обладает

1

источник со стронцием 90Sr, в котором нахо­ дится

<0,01

г радиоактивного вещества, в то же

время для получения такой же активности ис­

точника с ураном

238U

потребовалось бы > 1 т

природного урана.

Интенсивностью ионизирующего излу­

излучения

коэффициент

у-излучений К =

времени на единицу площади, расположенной

Единицей интенсивности служит вт/м • 1 вт/м 1 Дж, па­ дающей на поверхность площадью 1 м 2 В тече­ ние 1 с. эквивалентен энергии излучения в

Для

ность

NK

-

излучения

с частотой

J определяется

по формуле

v

интенсив­

на

излучения:

го излучения по ожидаемому биологическому

с энергией

излучения. 2 2

ткани

этого

эффекту. Например, для ~-, рентгеновского и

вают энергию излучения, падающую в единицу

направлению

К

для сравнения различных видов ионизирующе­

энергией до

к

биологической

1)'К8 = КD П , Коэффициент качества К служит

чения (или плотностью потока энергии) назы­

перпендикулярно

в

качества

); для потока нейтронов с

10 МэВ К = 10, а для до 1О МэВ К = 20.

3а единицу эквивалентной

а-излучений дозы излуче­

ния принят зиверт (3в). Внесистемная единица эквивалентной

равен

дозы

бэр.

-

бэр

1

численно

рад, деленному на коэффициент каче­

1

ства К. Единицами мощности эквивалентной дозы излучения являются 3в/с и бэр/с.

-

Экспозиционная доза

характеристика,

где

основанная на ионизирующем действии излу­

число квантов энергии, падающих на по­

чения в сухом атмосферном воздухе. Единица

J = NKhv,

верхность площадью 1 м 2 В I с; hv - энергия

экспозиционной дозы

кванта.

ствует

В

радиационной

дефектоскопии

для

или

Кл/кг.

-

экспозиционной

у-излучения,

при

1

дозе

Кл/кг соответ­

рентгеновского

прохождении

которого

большей части расчетов можно принять рент­

через

геновский излучатель или источник у-излучения

онных процессов в воздухе образуются ионы,

за точечный

источник, Т.е.

за такой источник

излучения, линейные размеры которого значи­

несущие заряд в

дозы

никам

ная

у-излучения

при мени м

1

Кл электричества каждого

Внесистемная

регистрации излучения. В таком случае к источ­ и

воздуха в результате всех ионизаци­

знака.

тельно меньше расстояния между ними и местом

рентгеновского

1 кг

единица

рентген (Р). Рентген

-

доза рентгеновского

-

экспозиционной это экспозицион­

и у-излучений,

при

закон, согласно которому интенсивность излуче­

прохождении которых через 1,293· 10'3 Г В

ния обратно пропорциональна квадрату расстоя-

воздухе

ния от источника: J1 / J 2 =

r22 / r/ .

Для оценки действия ионизирующего из­ лучения в какой-либо среде служат так назы­ ваемые

дозовые

характеристики

поля

ния. Одна из этих характеристик

ная доза излучения энергию

Dn

-

излуче­

nоглощен­

представляет собой

-

ионизирующего

излучения,

отнесен­

ную к единице массы облучаемого вещества. Единица поглощенной дозы

-

грэй (Гр).

1 Гр­

это доза излучения, при которой облученному веществу массой

)

кг передается энергия иони­

зирующего излучения в

1

единица поглощенной дозы

Дж.

-

в результате

ционных

Внесистемная

радиан.

заряд

в

процессов

одну

личества

завершения

появляются

электростатическую

электричества

(1,293 . 10'3 Г

-

всех

иониза­

ионы, несущие единицу

каждого

ко­

знака

масса 1 см 3 атмосферного воз­

духа при О ОС И давлении

1013

ГПа).

Мощность эксnозициОIlНОЙ дозы (МЭД), Т.е. экспозиционная доза фотонного излучения, отнесенная

к

единице

времени,

выражается

в

А/кг или Р/с. Ампер на килограмм равен мощ­ ности экспозиционной у-излучений,

дозы рентгеновского

при которой за

1

и

с сухому атмо­

сферному воздуху передается экспозиционная доза

1 Кл/кг.

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

250

16.1.

Основные единицы измерения ионизирующих излучений в СИ и их связь с внесистемными единицами

Единица Характеристика

измерения

в СИ

Дж

Энергия ионизирующего излучения

Интенсивность

единицами

1 Дж = 6,25· 1012 МэВ 1 Бк = 2,7 . 1011 Ки

Ки

вт/м

ионизирующего

Соотношение между

единица

эВ

Бк

Активность изотопа

Внесистемная

2

мэв/(см . с) 2

1 вт/м 2 = 6,24 . \ 08 МэВ/( см 2 . с)

излучения

Поглощенная доза излучения

\ Гр = \02 рад

Гр

рад

Гр/с

рад/с

3в

бэр

3в/с

бэр/с

Экспозиционная доза излучения

Кл/кг

Р

\ Кл/кг = 3,88· \ 03 Р

Мощность

А/кг

Р/с

\ А/кг = 3,88 . \ 03 Р/с

Мощность

поглощенной

дозы

1 Гр/с = 102 рад/с

излучения

Эквивалентная доза излучения Мощность

эквивалентной

дозы

1 3в = 102 бэр 1 3в/с = \ 02 бэр/с

излучения

экспозиционной

дозы

излучения

Основные

единицы

измерения

ионизи­

мер цезий 137Cs, у которого энергия квантов

рующих излучений в СИ и их связь с внесис­

равна

темными единицами приведены в табл.

многоэнергетическим (монохроматическим),а

Понятие диевый

J 6.1.

не

МэВ. Такое излучение называют

ра­

его спектр графически представляют в виде

установлено

одной линии. Большая часть изотопов испуска­

«ZllJIfMQ-эквuваленm» (или

гамма-эквивалент)

0,66\

ис­

ет кванты различных энергий, например спектр

точников у-излучения широко используют при

излучения кобальта БОсо состоит из двух ос­

решении многих практических задач.

новных

стандартами,

однако

эти

характеристики

Если два источника у-излучения при оди­ наковых условиях измерения создают одинако­

вую мощность экспозиционной дозы, то они равны по гамма-эквиваленту.

Измерениями установлено, что виде

точечного

источника,

1

мг

Ra

помещенного

ионизационной

постоянной,

или

на расстоянии

стоянной Г, радия. Каждый изотоп имеет свою гамма-постоянную,

мошность создает

точечный

активностью ние

1

показывающую,

экспозиционной

1

источник

дозы

какую

у-излучения

данного

мКи на расстоянии

1

изотопа

см в тече­

ч. Единица измерения гамма-постоянной

2

р . см /(ч . мКи). распада

изотопов,

Т.е.

от

числа

источником

r,

может быть выражено форму­ 2 = 8,4Мт / r , где t - время облучения,

лой D)КС ч; 8,4 - гамма-постоянная

радия.

Период полураспада изотопа в течение

которого число

T1/2 -

время,

радиоактивных

ато­

мов уменьшается вдвое и Т I / 2 = О,693/ш р , где

T 1I2 не зави­ и геометрических

Ш р - постоянная распада. Период сит от количества,

формы

размеров изотопов.

Выявление

внутренних

дефектов

при

просвечивании основано на способности иони­ зирующего

Гамма-постоянная зависит от схемы ра­ диоактивного

Соотношение между гамма-эквивалентом

ционной дозой D)Кс, создаваемой

гамма-по­

энергиям

М точечного источника излучения и экспози­

в

0,5 мм, создает 1 см мощность экспозиционной 8,4 Р/ч. Эта величина названа

дозы, равную

соответствующих

в

фильтр из платины толщиной на расстоянии

линий,

\,17 и 1,33 МэВ, спектр излучения иридия 192 1г имеет 16 основных линий и т.д.

через

излучения

различные

неодинаково

материалы

них в зависимости

и

проникать

поглощаться

в

от толщины, рода (плотно­

у-квантов, приходящихся на один распад, и их

сти) материалов и энергии излучения. Для вы­

энергии.

явления дефектов в изделиях с одной стороны

Некоторые

радиоактивные

изотопы

испускают кванты одинаковой энергии, напри-

устанавливают источник излучения, с другой

-

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

детектор,

регистрирующий

информацию

о

внутреннем строении контролируемого

объек­

та (рис.

I

16.19).

Излучение от источника

ходит через изделие

дефекты

3, 4

имеющее

251

Радиографические методы радиационно­ го

про­

неразрушающего

преобразовании

контроля

основаны

радиационного

на

изображения

внутренние

контролируемого объекта в радиографический

с разной плотностью. В дефект­

снимок или запись этого изображения на запо­

2,

ном и бездефектном местах оно будет погло­

минающем устройстве с последующим преоб­

щаться

с

разованием в световое изображение. На прак­

Интенсивность из­

тике этот метод наиболее широко распростра­

по-разному

и

выходить

разной интенсивностью

5.

на

детектор

лучения при прохождении через дефект полненный

воздухом

или

меньше, чем в сплошном

над дефектом материалом

4,

3,

за­

нен в связи с его простотой и Документным

газом, ослабляется

металле, и сильнее

подтверждением

-

В

заполненным более плотным

(например,

вольфрамом),

чем ос­

диографию случае

Разность интенсивностей будет зарегист­ применяемого ных

метода

В зависимости

детектора

графический, рический (рис.

контроля:

радиоскопический

и

результатов.

используемых

детекторов

(электрорадиографию).

детектором

скрытого

В

первом

изображения

и

регистратором статического видимого изобра­

от вида

жения служит фоточувствительная пленка, во

различают три основ­

радиационного

полученных

от

различают пленочную радиографию и ксерора­

новной. рирована детектором.

зависимости

-

втором

радио­

полупроводниковая

качестве

радиомет­

регистратора

пластина,

используют

а

в

обычную

бумагу.

16.20).

В зависимости от используемого излуче­ ния различают несколько разновидностей про­ мышленной

радиографии:

рентгенографию,

гамма-графию, ускорительную и нейтронную радиографию. Каждый из перечисленных ме­ тодов имеет свою сферу использования. Этими методами

можно просвечивать стальные изде­

лия толщиной

1... 700

мм.

Радиационная интроскопия

-

метод ра­

диационного неразрушающего контроля, осно­

ванный

на

преобразовании

радиационного

изображения контролируемого объекта в све­ товое изображение на выходном экране радиа­ ционно-оптического

преобразователя, причем

полученное изображение анализируется в про­ цессе контроля.

Чувствительность этого метода несколько меньше, чем радиографии, но его преимущест­ Рис.

16.19. Схема

вами

просвечивания изделия

сти

J - источник; 2 - контролируемый объект; 3 - раковина; 4 - шлаковое включение; 5-


изображения на пленке

(на бумаге) Рис.

изделий

достоверность

под

разными

I

Методы

I

радиационного контроля

I

L радиоскопический

I

радиометрический

Регистрация

Наблюдение изображения

электрических

на экране

сигналов

16.20. Классификация

методов радиационного коитроля

и

углами;

экспрессность и непрерывность контроля.

I

радиографический

повышенная

стереоскопического видения дефектов

рассмотрения

эпюра интенсивности излучения за объектом

I

являются

получаемых результатов благодаря возможно­

реитгеновским или у-излучением:

252

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Радиометрическая дефектоскопия

метод

-

ля,

получения информации о внутреннем состоя­

источника

высокого

управления (рис.

напряжения

16.22).

и

пульта

Высоковольтный ге­

нии контролируемого изделия, просвечиваемо­

нератор преобразует напряжение сети в напря­

го ионизирующим излучением, в виде электри­

жение питания рентгеновской трубки. Высоко­

ческих

сигналов

(различных

величины, дли­

вольтный генератор включает в себя: преобра­

зователи переменного тока в постоянный (дио­

тельности или количества).

Этот

метод

возможности

обеспечивает

автоматизации

ды кенотронов), конденсаторы для фильтрации

наибольшие

процесса

и

контро­

связи

контроля

и

технологического

удваивания

напряжения,

трансформаторы

накала рентгеновской трубки, трансформаторы

ля и осуществления автоматической обратной процесса

накала

изготовления изделия. Преимуществом метода

кенотронов,

выключатели

и

защитные

устройства.

высоко­

Пульт управления содержит группу при­

производительного контроля качества изделия,

боров, которые служат для измерения и регули­

обусловленная

рования времени, тока, напряжения и частоты.

является

возможность

непрерывного

высоким

быстродействием

Рентгеновский излучатель (рис.

применения аппаратуры. По чувствительности

этот метод не уступает радиографии.

стоит из рентгеновской кожуха,

16.3.2.

ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО

изолирующей

средой:

зом

под давлением.

Оболочка трубки

пред­

схеме

ставляет собой заполненный стеклянный бал­

тормозное излучение получают на

лон или выполнена по металлокерамической

Согласно

16.21)

16.23) со­

и защитного

трансформаторным маслом, воздухом или га­

ИЗЛУЧЕНИЯ И МАТЕРИАЛЫ

(рис.

заполненного

трубки

рентгеновских

классификационной аппаратах,

в ускорителях

технологии. Нить накала чаще всего выполня­

элек­

ется из вольфрама. Нагретая до температуры

тронов и от ~-источников С мишенью. Рентгеновские аппараты. Рентгеновская

2200 ... 2500

ос

установка состоит из рентгеновского излучате-

источником

свободных

I

Основные виды и источники излучений

I

I

I

Рентгеновские аппараты

накала

fj Ядерные

источники

реакторы

(n)

Радиоактивные источники

нейтронов

Радиоактивные

Ускорнтели

источники

l3-излучения с мишенью

Рис.

16.21.

Классификация источннков нонизирующих излученнй

Высоковольтная

Аппаратура

Высоковольт­ ный кабель

часть

управления

аппарата

Автотранс­ форматоры, выключатели, контакторы,

40 ... 250 В

Высоковольтный трансформатор,

.-. .-t трансформаторы

реле временн,

накала,

измернтель­

выпрямители,

ныеприборы

выключатели

Рентгеновский аппарат

Рис.

16.22.

Структурная схема рентгеновской установки

является

электронов. Фокус и-

Радиоактивные излучения

Ускорнтели

нить

Нейтронное

Гамма- (у)

Тормозное (Х)

током

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

-------------~'---

называют

участок

котором

поверхности

преимущественно

электронов, ном,

253

или

эффективным

оптическим

мищени,

тормозится

фокусным

фокусом,

на

пучок

пят­

проекцию

-

действительного фокусного пятна в направле­ нии оси рабочего пучка излучения на плос­ Рис.

1-

кость, перпендикулярную к этой оси.

16.23. Схема реитгеиовской трубки: катод; 2 - фокусирующие пластины; 3 - нить накала; 4 - анод

Различают трубки с круглым и линейным (с

отнощением

сторон

~1,25)

оптическими

фокусами. Круглый фокус получают с помо­ рующие пластины создают вокруг катода элек­

щью нити накала в виде плоской архимедовой

трическое поле такой конфигурации, при кото­

спирали, линейный

рой свободные электроны движутся к аноду

в форме цилиндрической спирали. Для улучщения четкости изображения на

узким электронным пучком. При торможении электронного пучка на аноде почти

вся

кине­

посредством нити накала

-

рентгенограммах желательно иметь фокусные

в

пятна возможно меньщих размеров. Б то же

энергию рентгеновского излучения. Эта часть

время уменьщение размеров действительного

тическая

энергия

электронов

превращается

энергии зависит от анодного напряжения

z:

порядкового номера материала анода

U

и

рентгеновской трубки. Это вызвано тем, что

7

E=I,14·10- Zu. Например,

при

удельная электрическая нагрузка на фокусное

использовании

вольфра­

мового анода и напряжении на трубке энергию

рентгеновского излучения

ется нем ноги м

электронов.

>0,1 %

60

кБ в

превраща­

энергии тормозящихея

цу

его

мощность, приходящаяся

площади,

ограниченна.

на едини­

Например,

для медного анода с вольфрамовой мищенью удельная

нагрузка

2200 ... 2500 Бт/(мм 2

не

может

превыщать

с). Поэтому щироко при­

меняют трубки с линейным фокусом, в кото­

достигает

100 кБ КПД 1 %. При 2 МэБ он 15 МэБ >50 %.

рых можно получить оптический фокус, значи­

С увеличением тока трубки при постоян­

тельно меньщий действительного по величине

10 %,

а при

напряжении

излучения ряющего

(рис.

напряжении

пятно, Т.е.

трубки увеличивается до

ном

При

фокусного пятна при данной эффективности системы охлаждения анода снижает мощность

возрастает

16.24,

напряжения

а).

интенсивность

заданном

излучения

волн: л",in = 12,4/и (рис.

в

сторону

Б этих трубках действительное

фокусное пятно имеет форму прямоугольника,

анодном

в то время как оптический фокус представляет

токе изменяет спектр излучения со смещением максимума

16.25).

уско­

Увеличение

при

(рис.

•

собой квадрат.

Электрические

коротких

Для характеристики оптических свойств

ем

и, анодным током

рентгеновских трубок вводят понятия действи­

(рис.

тельного

пятен

повыщение

анодного

трубки. Действительнымфокусным пятном

увеличение

анодного

тем,

мере

и

эффективного

свойства

рентгеновской

трубки характеризуются анодным напряжени­

16.24,6).

фокусных

16.26).

что

больщее

по

На

число

1.

и током накала

начальном

участке

напряжения

тока.

Это

возрастания

электронов

вызывает

объясняется

напряжения

из

lH

кривых

все

электронного

облака, образованного раскаленной спиралью,

а) Рис.

б)

16.24. Зависимость

иитеисивиости

реитгеновского излучения от тока (а) и

напряжения

1-

малый ток;

34-

2-

(6):

Рис.

большой ток;

низкое напряжение;

высокое ускоряющее напряжение

16.25. Схема

формироваиия оптического

фокуса рентгеиовской трубки:

1-

действительное фокусное пятно;

электронного пучка;

3-

анод;

4-

2-

сечение

оптический фокус

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

254

i

.

нА

20 10 О Рис.

~я просвечивания объектов со свобод­

' н = 3.8А

1/ 1/ 10

ной полостью внутри, доступ к которым за­ труднен,

I

трубки

iH=J.'fA

30

также рентгеновские

анодом

(рис.

лую трубу, далеко выступающую

16.27).

за пределы

стеклянной колбы. Вольфрамовая мишень на­

и,Кб

Электрические характеристики

16.26.

вынесенным

Анод трубки представляет собой медную по­

I 20

предназначены

с

реитгеиовской трубки

ходится

внутри этой трубы, в конце ее кон­

сольной

части.

тонкостенную

Снаружи

латунную

на трубу

оболочку,

надевают

в

проме­

жутке между трубой и оболочкой циркулирует приобретает скорость, достаточную для

пре­

охлаждающая

заряда к катоду трубки. При определенном для данного тока накала анодном напряжении все

вода.

Из-за большого расстояния

одоления тормозящего поля пространственного

между като­

дом и анодом в трубках подобной конструкции электрическая фокусировка электронного пуч­

электроны, покинувшие катод, достигают ано­

ка оказывается недостаточной, поэтому прибе­

да. При этом наступает режим насыщения, при

гают к дополнительной магнитной фокусиров­

котором дальнейшее увеличение анодного на­

пряжения не повышает анодный ток. На этом участке характеристики, называемом участком

насыщения,

анодный ток зависит только от

тока накала, Т.е. от числа свободных электро­ нов.

Участок

участком

насыщения

рентгеновской

эксплуатации

энергия

является

трубки.

рабочим

В

условиях

рентгеновского

излуче­

ния регулируется изменением анодного напря­ жения, а интенсивность излучения

-

изменени­

ем тока накала.

В

рентгенодефектоскопических

аппара­

тах используют трубки, различные по конст­ рукции и способам получения и формирования

ке. ~я этого на трубу анода надевают специ­ альную фокусирующую катушку, при прохож­ дении электрического дается магнитное

тока через которую соз­

поле, суживающее

электрон­

ный пучок. Степень фокусировки пучка регу­ лируется изменением тока катушки. В зависи­ мости от конструкции

излучающей

части вы­

несенного анода могут быть получены рабочие пучки излучения различной формы: кольцевой

(рис.

а), направленной (см. рис.

16.28,

и торцовой случае

(см. рис.

анод

стрельную»

имеет

мишень,

16.28, так

16.28,

б)

в). В последнем

называемую

«про­

представляющую

собой

тонкую медную стенку.

пучка излучения. Выбор рентгеновской трубки для конкретных условий контроля определяет­

ся его схемой, конструктивными особенностя­ ми просвечиваемого объекта, его материалом, толщиной и т.д. В

радиационной

дефектоскопии

чаще

Рис.

16.27.

Рентгеиовская трубка с выиесеииым аиодом

всего используют двухэлектродные рентгенов­

ские трубки напряжением до

420 кВ. При более

~

высоких напряжениях наблюдаются автоэлек­

тронная эмиссия, электрические пробои, рас­ сеяние и отражение электронов. Поэтому вы­

-+---0)

соковольтные трубки не могут быть двухэлек­ тродными, а только секционными, состоящими

из катода, промежуточныхэлектродов и полого

анода.

Число

E+~

промежуточных электродов и

напряжения на них подбирают так, чтобы ис­ ключить

возможность

возникновения

б)

авто­

электронной эмиссии. Полый анод полностью

E+±t=

улавливает отраженные электроны, а большое расстояние между анодом

и

катодом

предот­

врашает электрические пробои. Анод секцион­ ной

трубки имеет фокусирующую катушку,

в)

позволяющую регулировать размеры фокусно­ го пятна.

Рис.

16.28.

Излучающая часть полого аиода

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

По конструкции различают двух- и трех­

Для просвечивания движущихся объектов и в случаях,

когда нужно

получить

минималь­

ный оптический фокус при больщой мощности, применяют

трубки

(рис.

В этих трубках вращается вольф­

16.29).

с

вращающимся

анодом

рамовая мищень в форме усеченного конуса,

на боковую поверхность которого направлен поток электронов, испускаемых катодом. добное устройство позволяет повысить

По­

мощ­

ность этой трубки по сравнению с трубками с

электродные импульсные рентгеновские труб­ ки.

лена

мищень,

является

ротором

асинхронного

двигателя. Статор двигателя расположен сна­ ружи

трубки.

Поскольку

осуществляется

только

охлаждение

в результате

анода

вращения

мищени, эти трубки эффективны при времени экспозиции до

5

с; дальнейщее увеличение его

резко сокращает их мощность.

ные двухэлектродные трубки могут быть вы­ полнены двухфокусными. Катод двухфокусной трубки имеет две спирали: больщую и малую, личине

получить

линейных

расщиряется

два различных

фокуса.

диапазон

по

Благодаря

применения

ве­

этому данной

трубки.

Особый

класс

составляют

импульсные

рентгеновские трубки. Свободные электроны в них

получают

в

результате

автоэлектронной

эмиссии при создании у катода трубки элек­

трического поля напряженностью > 108 В/м. Импульсные трубки называют также трубками с «холодным» катодом (в отличие от трубок с «горячим»

катодом,

в

распространены

собой

острозаточенную

расположенную

-

катод

диск

кромками,

которых

для

получения

свободных электронов используют термоэлек­ тронную эмиссию).

двухэлектрод­

по

вольфрамовую

оси

или

вакуумной

цилиндр

концентрично

с

иглу,

колбы,

а

заостренными

расположенный

от­

носительно анода. Электроды трубки выпол­ няют заостренными для увеличения

напряжен­

ности электрического поля.

Источниками ляются

анодного

высоковольтные

напряжения

импульсные

яв­

транс­

форматоры; амплитуды анодного напряжения обычно

кВ. При подаче на электроды

200 ... 350

импульса напряжения в трубке возникает авто­ электронная эмиссия, между анодом и

в

результате которой

катодом проходит электриче­

ский разряд, носящий характер пробоя в ва­

кууме. Анод трубки при бомбардировке его электронами

Трубка с вращающимся анодом и обыч­

позволяющие

Наиболее

ные трубки. В такой трубке анод представляет

неподвижным анодом в десятки раз. В трубках с вращающимся анодом вал, на котором укреп­

255

дает

импульс

рентгеновского

излучения длительностью 10·9 ... 10·6 с. Недостатком

двухэлектродных

импульс­

ных трубок является нестабильность интенсив­ ности и спектрального состава излучения, обу­ словленная

тем, что напряжение

на аноде,

при

котором происходит пробой анодно-катодного пространства,

сильно изменяется

от включения

к включению. В трехэлектродных

импульсных

трубках этот недостаток устраняют введением в трубку дополнительно

поджигающего

трода. При приложении

го напряжения

(-10

элек­

импульса пониженно­

кВ) между поджигающим

электродом и катодом в строго заданный мо­ мент времени возникает дуговой разряд, кото­ рый затем переходит в разряд между анодом и катодом.

Импульсные

трубки

мгновенную мощность, а

повторения импульса как трубки с горячим напряжениях

работы

трубок

много

В

России

пульсные

:52

Р/мин, тогда

при таких же

кВ) дают до

меньше,

аппараты

напряжением

м

импульсных

широкое

лий толщиной

1

катодом

(250 ... 300

Ресурс

большую

Гц. Мощность дозы

:550

излучения на расстоянии

имеют

достигнутая частота

чем

трубок

применение сер.

Р/мин. накала.

нашли

АРИНА

170... 240 кВ 30.. .40 мм.

10

рентгеновских

с

им­

анодным

для контроля изде­

По виду высоковольтной электрической изоляции рентгеновской трубки в

5

2

4

защитном

кожухе или блок-трансформаторе(моноблоке)

3

рентгеновская промышленная аппаратура под­

Рнс.

16.29.

Рентгеновская трубка с вращающнмся

1-

анод;

24-

стержень анода;

катод;

5-

разделяется на рентгеновскуюаппаратуру:

с масляной высоковольтной изоляци­

анодом:

3-

баллон

ротор;

ей (применяют трансформаторноемасло, обра­ ботанное дополнительно на фильтр-прессе и в

Глава

256

16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Импульсная

вакуумной камере, а также специальное синте­

рентгеновская

изоляцией

мышленного

под давлением (используют фреон или шести­

с высоковольтной

импульсную

фтористую серу под давлением 3·105 Па);

анодными напряжениями до

газовой

с воздушной высоковольтной изоляци­ ей рентгеновскойтрубки в защитном кожухе. Аппараты, в которых в качестве высоко­

вольтной изоляции служит атмосферный воз­ дух, встречаются редко.

По геометрии рабочего пучка рентгенов­

ского излучения блок-трансформаторы(защит­ ные кожухи) с рентгеновскими трубками под­ разделяются на следующие основные типы: рентгеновские с направленным выхо­ дом

рентгеновского

излучения,

например

в

вым) выходом рентгеновского излучения. В рентгеновской аппаратуре с анодным на

аноде

0,4 ... 2,0

МВ, когда

тормозное

излучение

временной

значительно большей энергией, чем излучение отраженного

пучка

(благодаря

фильтрации

мягкой составляющей тормозного излучения в

материале анода рентгеновской трубки). В

настоящее

время

рентгенодефектоскопии ном

переносные

для

промышленной

применяют

рентгеновские

в

основ­

аппараты

с

МВ. Принцип

излучения

при

электрическом

ской трубке (с холодным катодом) под дейст­ вием импульса анодного высокого напряжения

(220 ... 280

кВ),

возникающего

на

вторичной

обмотке высоковольтного трансформатора при

разряде накопительной емкости (Ир =

10

7,5 ...

кВ) через первичную обмотку высоковольт­

ного трансформатора. (разборная)

рентгеновская

аппаратура для промышленного

просвечивания

предназначена

для

работы

в

лабораторных

условиях. Она позволяет оборудовать времен­ ные (передвижные)

и стационарные рентгено­

дефектоскопические установки. Радиоактивные всех

источники.

химических

элементов

-

элементарных частиц

Атомные состоят

из

протонов и нейтронов.

Протон и нейтрон считают двумя различными зарядовыми состояниями одной и той же час­

тицы, именуемой НУКЛОНОМ. Количество прото­

нов в ядре обозначается

- N. N + Z назы­

нейтронов

Z,

Полное число нуклонов в ядре А = вается массовым числом ядра. Большая

с

часть

химических

элементов

имеет несколько разновидностей атомов, отли­

постоянной нагрузкой в виде:

переносного

0,5

и

пробое вакуума в двухэлектродной рентгенов­

ядра

Излучение проходящего пучка обладает

отнести

аппаратуру

мс) вспышки тормозного

(0,1 ... 0,2

рентгеновского

«просвечивает» само зеркало анода, различают

отраженный пучок излучения и проходящий.

можно

рентгеновскую

Передвижная

рентгеновские с панорамным (круго­

напряжением в диапазоне

просвечивания

действия их основан на возникновении кратко­

форме конуса с углом при вершине 30 ... 60°;

генерируемое

аппарату­

ра. К разряду переносной аппаратуры для про­

тическое масло);

(транспортабельного)

чающихся друг от друга числом нейтронов

Nв

блок-трансформатора (моноблок) с рентгенов­

ядре. Такие атомы (и, соответственно, ядра)

ской трубкой;

именуют изотопами.

переносного пульта управления чемо­

известно около

300

К настоящему времени

устойчивых и свыше

1000

неустойчивых изотопов.

данного типа; комплекта

соединительных

Атомы,

низко­

имеющие

одно и то же полное

вольтных кабелей (и водопроводных шлангов

число нуклонов в ядре А, но различающиеся

для охлаждения блок-трансформатора).

числом

Современную переносную (портативную) рентгеновскую изготовляют можности

ком

аппаратуру

едиными

просвечивания

диапазоне

такой

серии

разрабатывают

сериями

толщин.

аппаратов

с

учетом

материалов

За

базу

в

и

воз­

широ­

чаются парами:

анодное

5 изобарных

изобарами.

40Аг

и 4ОСа, 54сг и

54 Fe,

112Cd и

триад.

Z

назы­

вают нуклидом. Между одноименно заряженными части­

иностранных

цами ядра (протонами) действуют силы элек­

фирм принимают следующий базовый ряд наи­

тростатического отталкивания. С увеличением

большего напряжения

атомного номера элемента, т.е. с возрастанием

10 35

ведущих

называют

Конкретное ядро с данными А и

напряжение рентгеновской трубки. Большинство

Z,

112Sn. Известно 59 устойчивых изобарных пар и

построения

принимают

протонов

Устойчивые изобары большей частью встре­

рентгеновской трубки:

80; 50 140; 50... 200 (220); 160; 60 250; 100.. .400 кВ. В

России

рентгеновские

выпускаются

аппараты

анодным напряжением

«Шмель»

числа протонов в ядре, действие электростати­ ческих сил отталкивания

портативные

серии

80 ... 220 50 мм.

ля изделий толщиной до

80... 300; с

кВ для контро­

становится

нее. У тяжелых элементов с силы уже неспособны вость

ядер

превращение

и

Z > 82

обеспечивать

начинается

неустойчивых

все силь­

ядерные устойчи­

самопроизвольное

изотопов

в более

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

устойчивые (обычно в изотопы другого эле­ мента). Это явление называют радиоактивно­

257

-

неактивных заготовок 5

нах

мишеней на циклотро­

CS Fe, 54 мп ). Естественные изотопы е 2Б Rа и

стью, или радиоактивным распадом. Радиоак­

232Th) для радиационного контроля не исполь­

тивный распад ядер сопровождается испуска­

зуются.

нием (Х.- и ~-частиц (Х.- и ~-излучением) и

источника излучения. Их помещают в гермети­

квантов у-излучения.

Альфа-частицы представляют собой ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух ней­

тронов. Они несут положительный заряд, рав­ ный

2

ед. заряда, отклоняются в магнитном и

электрическом

полях

(Х.-частиц в веществе мал, в

11

см, в биологической

тицы

ния

полностью

0,01

16.30).

(рис.

Пробе г

воздухе достигает

ткани

0,1

поглощаются

мм, (Х.-час­

слоем

алюми­

мм.

Бета-частицы

-

Изотопы

являются

активной

частью

зированные ампулы. Ампулы могут быть зава­ ренные, завальцованные и на резьбе (рис.

и

Способ

16.32).

герметизации,

16.31

материал

и

число ампул зависят от МЭД излучения физи­

ческого состояния и свойств изотопов. Основ­ ными

радиационно-дефектоскопическими

рактеристиками

изотопов

являются:

ха­

энергия

излучения Е, мощность экспозиционной дозы

Р, удельная активность источника, период по­ лураспада (Т1!2). Радиоактивные

это электроны или пози­

троны. Под действием магнитного и электри­

представляют

источники

у-излучения

ампулы,

заполненные

собой

ческого полей они отклоняются от прямоли­

у-активным нуклидом. Источники можно раз­

нейного направления, пробег их в воздухе дос­

делить

тигает

тические (54 мп , БОсо и другие источники с эф­

и

10

м, в биологической ткани

полностью

алюминиевого

щиной

поглощаются сплава

или

6-мм слоем

10 ... 12

мм

листом

из

свинца

тол­

1 мм.

Гамма-излучение

представляет

собой

электромагнитное излучение с очень короткой

длиной волны

(-0,1

на

следующие

группы:

высокоэнерге­

фективной Еэф ~

0,8 МэБ), среднеэнергетиче­ 137Cs и др. С 0,3 < Еэф < 0,8 МэБ), низкоэнергетические (170 тт , 75Se и др. с Еэф < 0,3 МэБ). ские

C92 Ir,

нм); заряда не несет, маг­

нитным и электрическим полями не отклоняет­

5

ся; у-излучение может проникать через сталь­

ные изделия толщиной до

500

4

мм, что обу­

3

словливает его преимущественное использова­

ние для дефектоскопии материалов.

J

Гамма-излучение может быть получено при распаде как естественных,

так

и

искусст­

венных изотопов. Последние получают облу­ чением активных заготовок в нейтронных по­

токах ядерных реакторов (БОСо, 1921г), разделе­

б)

а) Рис.

отечественного

а, б

Jу

Конструкцни радиоактнвиых

дефектоскопических нсточинков

нием остаточных прод~ктов деления горючего

ядерного реактора (' 7CS, 90Sr) облучением

16.31.

в)

3-

-

заваренных; в

производства:

-

завальцованного;

наружная ампула;

активная часть;

4-

2, 5 -

крышки;

внутренняя ампула

г--e~"""2

3

5 6 4

3

L-~t;tQ--l Рис.

......----I~-.;I---_-----J Рис.

16.30. Отклонение

излучеиий в

электроииом поле

9 - 10498

16.32.

Коиструкции радиоактивных

дефектоскопическнх нсточннков иа резьбе и сварного:

1-

3-

наружная ампула;

активная часть;

4-

2, 5 -

крышки;

внутренняя ампула;

б-баллон

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

258

В

промышленности

наиболее

с их высокой чения

стоимостью,

исходного

сырья

и

Существенными

широко

применяют источники 241 Ат , Iб9 у ь, 170 тт , 75Se, 192[r, 137Cs и БОсо, реже 145Sm, 155Еи и др. в связи сложностью трудностью

полу­

отделе­

нейтронов.

Ядра

при распаде

испускают

ты с энергией,

(а,

n)

и (у,

некоторых

быстрых

радионуклидов

а-частицы

превышающей

или у-кван­

порог реакций

на некоторых легких элементах.

n)

На основе таких нуклидов можно создавать достаточно простые

нейтронов.

и

Энергия

компактные источники

а-частиц,

испускаемых

ак­

нуклидов,

сложность

получения

требуемых

активностей и высокий фон у-излучения. Среди

источники

всех

малые периоды полураспада пригодных радио­

ния сопутствующих примесеЙ.

Радиоактивные

недостатками

тивных фотонейтронных источников являются:

тронов

радиоактивных

особое

место

238 рu , 242Ст, 244Ст,

источников

занимают

ней­

источники

252Cf, основанные на спон-

танном (самопроизвольном) делении ядер. Наиболее

предпочтительным

для

изго­

товления является 252 C f. Так как при радиационном пользуют

в основном

контроле ис­

тепловые

нейтроны,

то

быстрые нейтроны, выходящие из радиоактив­ ного

источника,

пропускают

через

замедли­

а-радиоактивными нуклидами е 1ОРо, 227 Ас, 242Ст), обычно 5... 6 МэВ. Под воздействием

тель, выполненный

таких частиц реакция (а,

103 раз меньше потока быстрых нейтронов,

с относительно

n)

большой вероятностью осуществима лишь на

из легких элементов.

этом поток тепловых выходящих

нейтронов

При

становится

в

из источника.

При просвечивании изделий в случае ис­

ядрах некоторых легких элементов (бериллий, бор, фтор, литий), которые в основном и ис­

пользования

пользуются в качестве мишеней в рассматри­

(отношение длины коллиматора к его ширине

ваемых источниках. В зависимости от энергии

~ 1О

а-частиц

максимальная энергия

возникающих в реакции (а,

n)

нейтронов,

на бериллии,

боре и фторе, не превышает соответственно и

10 ... 12, -6 тронов

для

-3

МэВ, а средняя энергия ней­

этих

источников

3,5 .. .4,5; 2,5 ... 3 и 1... 1,5 Сравнивая

соответственно

МэВ.

энергию

у-излучения

радио­

нуклидов с энергией связи нейтронов в различ­ ных

атомных

ядрах,

видим,

что

при

создании

образом,

огра­

а как мишени

-

при

в

полевых

отсутствии

изделий,

обшем

из

1,6665

и

2,226

МэВ. Реакцию (у,

n)

могут вы­

звать лишь у-кванты, энергия которых превы­

шает указанную энергию связи нейтрона.

Конструктивно фотонейтронные источ­

ники обычно представляют собой блок из бе­ риллия или тяжелой воды с линейными разме­ рами в несколько сантиметров, внутри которо­

го размещается в герметичной ампуле источ­ ник у-излучения.

в

которая

в

труднодоступных

гамма-дефектоскоп

излучения

герметичную помещается

головку

условиях

электропитания,

(изотопа),

металлическую в

защитную

(контейнер),

и

ра­

пульта

управления, обеспечивающего выпуск и пере­ крытие пучка излучения.

В

комплект гамма-дефектоскопа входят

также вспомогательное оборудование и при­ надлежности (транспортные тележки, штативы для крепления радиационной головки, контей­ неры

для

безопасного

транспортирования

и

перезарядки источников излучения и др.). Вы­

пускают гамма-дефектоскопы двух видов: уни­ версальные шлангового типа, у которых источ­

Из различных фотонейтронных источников 24

наиболее широко применяют ник, что объясняется

монтажных

случае

источника

заключенного ампулу,

соответственно

и

источников

расположенных

В

диационную

ядрах

потока

Гамма-дефектоскопы. Их используют в основном

гия связи

в

плотность

ника должен составлять 1010 с· 1 . см· 2 .

только бериллий и дейтерий, у которых энер­ нейтронов

необходима

вующий выход быстрых нейтронов из источ­

состоит

использовать

если

тепловых нейтронов 104 с· 1 . см· 2 , то соответст­

ников

можно

потока быстрых

тронов в месте установки детектора 106. Таким

местах.

у-излучения

степень ослабления

: 1)

нейтронов из источника в поток тепловых ней­

фотонейтронных источников в качестве источ­

ниченное число радионуклидов,

геометрии узкого пучка излучения

C Sb +

Ве)-источ­

относительно большим

периодом полураспада 124Sb (60 дней) и воз­

ник

излучения

подается

к

месту

контроля

по

шлангу-ампулопроводу, и для фронтального и панорамного просвечивания (ампула не выхо­ дит за пределы радиационной головки). В ап­

можностью получения высокой удельной ак­

паратах

тивности сурьмы.

формируется

шлангового

с

типа

помощью

пучок

сменных

излучения

коллими-

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

259

рующих головок. Защитные блок';! радиацион­ ных головок, контейнеры и коллиматоры

ма-дефектоскопов сплавов

на

изготовляют

основе

из

вольфрама,

гам­

свинца,

обедненного

урана или их комбинаций.

Шланговые гамма-дефектоскопы нашли наиболее широкое применение

в промышлен­

ности в связи С тем, что они обеспечивают по­ дачу

источника

головки

2

излучения

из

радиационной

по шлангу-ампулопроводу

лимирующую головку на расстояние

(рис.

3 в кол­ 5... 12 м

16.33). В этих аппаратах источник излучения по­

Рис.

16.34.

дается по ампулопроводу с помощью гибкого

троса, находящегося в зацеплении с зубчатым приводным колесом.

Гамма-дефектоскопы источников

у-излучения

различными

источников

размещается

в

при вод тележки;

2-

привод источника;

4-

радиационная головка;

датчик с коллиматором;

7-

6-

блок автоматики;

реперный контейнер;

8-

пленка

разме­

ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

16.3.3.

рами активной части и МЭД у-излучения. На­ бор

труба;

1-

35-

снабжены набором

с

Гамма-дефектоскоп для коитроля

трубопроводов внутрн трубы:

НА БАЗЕ УСКОРИТЕЛЕЙ

магазине­

Ввиду низкой энергии у-квантов рентге­

контейнере, что позволяет просвечивать изде­ лия различной толщины на различных фокус­

новских

ных расстояниях.

ных источников предел толщины просвечивае­

Шланговые

гамма-дефектоскопы

типа

источников

зовании

блоков. Для промыщленности наиболее эффек­

свечивания.

являются

малогабаритные

го и панорамного просвечивания. Аппараты этого типа предназначены для использования полевых, тех

монтажных

случаях,

аппаратов

когда

в

и стапельных условиях в применение

невозможно

из-за

шланговых

ограниченных

размеров радиационно-защитных зон. Пример

такого дефектоскопа показан на рис.

нерационально

излучения

Гамма-дефектоскопы для фронтально­

16.34.

радиоактив­

возрастает

время

про­

Для источников с определенной энергией

дефекто­

скопы «Гаммат-Sе» на основе селена.

и

мых деталей ограничен, так как при их исполь­

«Гаммарид» выполнены из унифицированных тивными

излучения

существует

предельная

толщина

контролируемого изделия, выше которой кон­ троль практически невозможен.

ДЛя

дефектоскопии

изделий

большой

толщины и сложной формы применяют источ­ ники тормозного излучения с энергией до не­ скольких десятков мегаэлектрон-вольт. Такими источниками

излучения

являются:

электроста­

тические генераторы, ускорители прямого дей­

ствия, бетатроны, линейные ускорители, мик­ ротроны.

Бетатрон

-

циклический

ускоритель

электронов. Действие его основано на законе электромагнитной индукции, согласно которо­ му вокруг изменяющегося во времени

ного

потока

образуется

ское

поле,

ется

скоростью

(рис.

напряженность

изменения

16.33. Технологические уииверсальиых

возможности

шлаиговых

гамма-дефектоскопов:

1и 2-

панорамное и фронтальное просвечивание

соответственно;

49*

3-

просвечивание трубопроводов;

просвечивание в труднодоступных местах

которого

в

бетатроне

потока

ускоряются

замкнутой

орбите

действием

силы электрического

шив полный гию,

определя­

магнитного

16.35, 6). Электроны

Рис.

магнит­

вихревое электриче­

постоянного

оборот,

равную

электрического

они

радиуса

поля. Совер­

приобретают

произведению

по под

энер­

напряженности

поля на заряд электрона и дли­

ну траектории. Энергия электрона увеличива­ ется

до тех

пор,

пока

электрическое

поле не изменит свое направление.

вихревое

Глава

260

16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 3

Передвижные и nереноеные бетатроны

2

предназначены для радиографического контро­ ля качества различных промышленных изделий

и сварных соединений непосредственно в заво­ дских цехах и на строительных плошадках.

Стационарные бетатроны рассчитаны

на работу в специально оборудованных лабо­ раториях радиационного контроля и отличают­

ся

~ ~

J 7 2

от

транспортабельных

бетатронов

повы­

шенными мощностью дозы и энергией тормоз­ ного излучения, а также большими массой и

габаритными

размерами

отдельных

узлов

и

блоков ускорителя. При эксплуатации стационарных устано­

5

вок в дефектоскопических лабораториях излу­ чатель монтируют либо на неподвижном осно­ вании, либо на мостовом кране, либо на специ­ альном механизме перемещения.

Особую группу стационарных бетатронов представляют сильноточные бетатроны и сте­ реобетатроны

непрерывного

и

импульсного

действия. Сильноточные бетатроны используют для

в)

6)

высокопроизводительного

Рис.

16.35. Схема

ускорителей:'

6 - бетатрона; в - микротрона; 2 - электромагнит; 3 - генератор; 4 - волновод; 5 - электронная пушка; 6 - мишень; 7- резонатор; 8 - вакуумный насос а

-

линейного;

1-

камера;

L{ля сохранения постоянства радиуса ор­

тановки

качества

для

-

дефектоскопии

движущихся

объектов и съемки быстропротекающих про­ цессов.

Например, при просвечивании сталь­

ных изделий толщиной ным

излучением

и

200

51 О

мм тормоз­

сильноточного

биты, по которой движутся электроны в про­

время просвечивания

цессе ускорения, необходимо, чтобы скорость

соответственно.

электронов повышалась пропорциональноуве­

контроля

изделий большой толщины, а импульсные ус­

составило

3

бетатрона

с и

40

мин

Максимальная энергия в спектре тормоз­

личению напряженности магнитного поля. Это

ного излучения лишь немного меньше

условие выполняется в

на­

мальной энергии ускоренных в бетатроне элек­

пряженность магнитного поля на орбите в лю­

тронов, но квантов с такой энергией в спектре

бой момент времени меньше средней напря­

излучения очень мало. Эффективная энергия

женности

том

магнитного поля

случае,

внутри

если

орбиты.

Поле в области движения электронов делают спадающим по радиусу, что обеспечивает вер­ тикальную фокусировкуэлектронов. По способу создания магнитного поля бе­ татроны могут быть с

магнитопроводом из

пластин трансформаторной стали; безжелез­ ные, в

которых магнитный поток создается

системой соленоидов или витков с током без применения ферромагнитных материалов, и полубезжелезные,в которых магнитный поток лишь на отдельных участках проходит по маг­

нитопроводу из ферромагнитногоматериала. На практике широко применяют бетатро­ ны первых двух типов.

По условиям применения бетатроны под­

макси­

излучения зависит от максимальной и состав­

ляет обычно

0,3 ... 0,5

Важными являются

этой величины.

характеристиками

размеры

фокусного

ускорителя

пятна

и

про­

странственное распределение МЭL{ излучения

в рабочем пучке. Размеры

фокусного

геометрическую

пятна

нерезкость.

В

определяют отличие

от

рентгеновских аппаратов, линейных ускорите­

лей и микротронов размеры фокусного пятна на мишени бетатрона малы и составляют доли квадратного миллиметра.

Благодаря

наличию

квантов

высокой

энергии бетатронами можно про водить радио­

графический

контроль изделий сложной кон­

разделяют на транспортабельные (передвиж­

фигурации

без

ные и переносные) и стационарные.

Основные преимущества бетатрона перед дру-

специальных

компенсаторов.

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

гими устройствами

-

простота и надежность в

261

сти поле тормозного излучения. При просвечи­

эксплуатации. Кроме того, можно плавно из­

вании

менять энергию МЭД излучения, для каждого

ускорителем

конкретного

-7 мин при относительнойчувствительности1 %. Л1икротрон - циклический ускоритель с

случая

выбрать

режим

работы

ускорителя (энергию излучения) и улучшить

выявляем ость дефектов.

стальных

изделий

толщиной

ЛУЭ-I0-2

время

мм

400

экспозиции

переменной кратностью ускорения. Б нем час­

Применяя в качестве источника прони­

тицы

движутся

в

постоянном

и

однородном

кающего излучения бетатроны, можно контро­

магнитном

поле.

лировать качество стальных изделий толшиной

действием

переменного

до

постоянной частоты. Электроны, находящиеся

600

мм методами и средствами промышлен­

Ускорение происходит под электрического

поля

ной радиографии и радиометрической дефек­

в вакуумной камере, движутся по орбитам

тоскопии.

окружностям, имеющим общую точку касания.

Принцип действия линейного ускорителя электронов

основан

на

том,

что

электроны,

-

Б этом месте расположен резонатор, сверхвы­ сокочастотное

введенные с некоторой начальной скоростью

троны.

вдоль оси цилиндрического волновода, в кото­

магнетроном.

ром возбуждается бегущая электромагнитная

поле

Резонатор

которого

ускоряет

возбуждается

элек­

импульсным

При прохождении через резонатор элек­

предельной компонентой электриче­

троны приобретают определенную энергию дЕ

ского поля, попадая в ускоряющую полуволну,

и начинают двигаться по следующей орбите.

волна с

ускоряются

под

действием

электрического

При достижении последней орбиты электроны

поля. Для непрерывного увеличения энергии

либо попадают на мишень, либо через канал

электронов необходимо, чтобы электромагнит­

выводятся из камеры (см. рис.

ная волна двигалась вдоль волновода с такой

16.35, в).

Основное преимущество микротрона за­

скоростью, при которой электрон не выходит

ключается в его большой интенсивности излу­

за пределы ускоряющей полуволны. С целью

чения. Так, при

получения требуемой для ускорения электро­

тормозного

нов скорости электромагнитной волны внутри

3000

12

МэБ интенсивность пучка

излучения

от

малого

микротрона

Р/мин.

волновода устанавливают диафрагмы. Таким

Б

сильноточных

ускорителях

прямого

образом, диафрагмированный волновод явля­

действия ускоряемые частицы движутся в по­

ется

стоянном электрическом поле,

основным узлом линейного ускорителя

причем

их

ко­

нечная энергия в электрон-вольтах равна элек­

электронов.

Преимущество

линейных

ускорителей

трическому напряжению установки в вольтах.

состоит в большой интенсивности тормозного

Б ускорителях всех типов имеется ускоритель­

излучения. Так, линейные ускорители с энер­

ная трубка.

гией

10... 25

ние,

МЭД

2000 ... 25000

Р/мин на

расстоянии 1 м от мишени.

6...25

ствия

обусловлено

систем

Б России создан ряд ускорителей с энер­

гией

Многообразие ускорителей прямого дей­

МэБ создают тормозное излуче­

которого

МэБ для промышленной дефекто­

генераторов

многообразием высокого

типов

напряжения,

и в

качестве которых используют каскадные элек­ трические

и

роторные

генераторы,

а

также

высоковольтные трансформаторы.

скопии и радиационных процессов.

Ускорители-трансформаторы

За рубежом линейные ускорители широко

наиболее

применяют при радиационном контроле. Так,

эффективны и экономичны в диапазоне энер­

фирма «Vаriап

гий

ла

-30

Intemational»

(США) разработа­

линейных ускорителей промышленного

применения.

Orечественные ЛУЭ-I0/l

и

линейные

ускорители

ЛУЭ-I0-2Д предназначены для

контроля стальных изделий толщиной

500

400 ...

мм в промышленных условиях. Ускорите­

0,5 ... 5,0 МэБ. Для промышленного облучения материа­

лов разработан ускоритель, названный капа­ троном. Источником высокого напряжения в капатроне является каскадный генератор. Ускорители заряженных частиц. для получения

нейтронов

под

используются

действием

заряженных

ядерные

ли представляют собой компактные установки,

реакции

состоящие из излучателя, теплообменников

и

(обычно дейтронов, протонов и а-частиц), а

частиц

блоков электропитания и управления. Излуча­

также фотонейтронные реакции под действием

тель снабжен рентгеновской головкой, позво­

тормозного (рентгеновского) излучения.

ляющей получать равномерное по интенсивно-

фективное сечение таких реакций зависит от

Эф­

Глава

262

энергии

ского

]6. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

указанных

барьера

частиц

и

ядра-мишени.

спектр возникаюших

электростатиче­

магу и т.д.) с обеих сторон.

Энергетический

пленки

нейтронов

и их угловое

проникаюшим

благодаря

частиц, а также характеристиками облучаемых

собным

коренных

протонов,

к

которым

дейтронов

и а-частиц

кристал­

становится

Т.е.

серебра

спо­

восстановлению,

под действием

про­

явителя.

Радиографические

в

качестве мишеней обычно применяют вешест­

кристалл

проявлению,

металлического

При получении нейтронов с помощью ус­

в

лах бромистого серебра происходят изменения,

распределение определяются видом и энергией ядер и толщиной мишени.

При облучении

излучением

на два класса (табл.

пленки

подразделяют

16.2):

как

безэкранные, предназначенные для ис­

дейтерий, тритий, бериллий и некоторые дру­

пользования без флуоресцентных экранов, или с

гие. В случае получения нейтронов в процессе

металлическими усиливаюшими экранами;

ва, имеюшие

ядра с малым зарядом,

такие,

фотоядерных реакций мишенями служат тяже­ Радиографические пленки реагируют на прошедшее через объект излучение. В процес­ се

экспонирования

чувствительного цию

изменения

Пленки

изменяются

слоя,

стью регистрировать токи излучения

обеспечивая

чрезвычайно

за длительное

регистра­ излучения.

интегрируюшей

способно­ низкие

по­

время просвечи­

вания в широком диапазоне энергий. Фотогра­

фическая эмульсия содержит чувствительную к излучению

галоидную

соль серебра

бромистое

серебро

небольшой

с

рассчитанные

на

примене­

ми в связи с их высокой чувствительностью к

видимой и ультрафиолетовой частями спектра. Пленка, имеющая плотность почернения

параметры

интенсивности

обладают

экранные,

ние с флуоресцентными усиливаюшими экрана­

лые металлы (уран, висмут, свинец).

(обычно

примесью

D

и рассматриваемая в падающем на нее свете

с

интенсивностью

Вследствие

света lп становится ность

почернения

ношением

плотности

ослабляет

1,

этого интенсивность

<1.

свет.

Фотографическая плот­

пленки

D = Ig 1 I lп , почернения D

относительной

этот

прошедшего

определяется

соот­

Кривую зависимости

пленки от логарифма

экспозиции

дlgХ

характеристической

ленную

можно разделить на несколько участков: АВ

в тонком

слое

желатина.

наносят на подложку (целлюлозу,

16.2.

Эмульсию стекло, бу-

область

недодержек;

ВС

(рис.

и

16.36).

Ее

Класс

Группа РТ (Россия)

РТ-5,

Высоко-

РТ-50

контраст-

РТ-4М,

ные

РНТМ-I0

Средний

Разрешающая

Kodak

AGFA

градиент у для

(США)

(Германия)

D max = 1.5 ... 2,5

R, линий/мм

Микротекс

02

4 .. .4,5

140 ... 180

Кристаллекс

04

3,5 .. .4

110... 140

И ндастрекс

D7

3 ... 3,5

80 ... 110

Кодирекс

010

2,5 ... 3

Индастрекс

S

способность

пленки

Высоко-

РТ-3

чувстви-

РТ-l,

тельные

PT-lD

С флуоресЭкранные пленки

центными

РТ-2

экранами

Без экранов Примечанне.

D max

-

68 ... 73

3 ... 3,1 2,5 ... 2,8

максимальная плотность почернения пленки для случая, когда все микрокри­

сталлы бромистого серебра перейдут в металлическое серебро при проявлении;

D max

пропорциональна

массе серебра на единице площади пленки, зависит от ее типа и времени проявления (пр' Значения даны для (пр =

-

области

CD -

Классификация и основные характеристики радиографических пленок Тип пленки

Безэкранные

кривой

называют

йодистого), равномерно в виде зерен распреде­

1О

мин.

D max

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

263

y"r--------r------.....,

DI---+--t----f------1

Птах

РТ-5

6 .....----~1__--~~__1

41-------::14-""'7"'-----1

2 .....-...,.~-~1__--......;;I"-__1 Рис.

16.36. Характеристическая

кривая

радиографической плеики

DE -

нормальных экспозиций; держек.

Область

нормальной

область пере­ экспозиции

о

в

Рис.

первом приближении представляет собой пря­

16.37. Зависимость

плоти ости почериения

во уравнение

ЫJ=D-Do =y(lgX-IgХо ),

-

(16.2)

прямолинейного

участка

стической кривой); Х и ХО -

характери­

экспозиционные

дозы, вызывающие почернение пленки

Одной из важнейших характеристик радиогра­ фических пленок является разрешаюшая спо­

средний градиент пленки (тангенс угла

наклона

коитрастиости

радиографической плеики от

молинейный участок, для которого справедли­

где у

4D

2

и

D

Do

соответственно.

Строго говоря, любая радиографическая пленка подобного прямолинейного участка не

собность, которая характеризуется числом раз­ личных штриховых линий одинаковой толши­

1

ны на длине

мм.

Мелкозернистые пленки

типа РТ-5, РТАМ имеют более высокую раз­ решающую способность в отличие от крупно­ зернистых (см. табл.

пленок типов

РТ-3,

РТ-I

и

РТ-2

16.2).

Усиливающие металлические и флуо­

имеет. Вследствие этого контрастность пленки (тангенс угла наклона касательной к характе­

ресцеитные экраны.

ристической кривой) определяется соотноше­

крашения времени просвечивания. Усиливаю­

нием

уD

= dD/ D(lgX).

(16.3)

Контрастность пленки является функцией плотности

почернения

и

экспозиции,

и

для

пленок различного типа эта зависимость непо­

стоянна (рис.

16.37).

Контрастность безэкран­

ных пленок увеличивается

с ростом плотности

почернения. Именно поэтому наивыгоднейшая плотность

при

почернения

которой

шифровочном контрастность

можно

пленок

этого

просмотреть

оборудовании.

ее

типа

та,

на рас­

Максимальная

пленок экранного типа соответ­

ствует плотности почернения

D

лучшую

чувствительность

радиографическую

=

1,8 ... 2,2,

Т.е.

можно получить именно при этих значениях В данном диапазоне контрастность

пленки

плотностей

YD

можно

D.

почернения принимать

равной среднему градиенту у (см. табл.

16.2).

Их применяют для со­

шее действие металлических экранов основано

на освобождении из них вторичных электронов под

действием

Освобожденные

ионизируюшего

излучения.

вторичные электроны дейст­

вуют на эмульсию

пленки

и

вызывают допол­

нительную фотохимическую реакцию, усили­ вающую действие первичного излучения. Для каждого

источника

ионизируюшего

излучения

материал экрана следует выбирать в зависимо­ сти

от

энергии

рентгеновского

излучения,

излучения

в

частности

целесообразно

для

ис­

пользовать медь, титан, олово, свинец, вольф­ рам, для у-излучения

-

вольфрам, свинец, медь.

Практика показывает, что наибольшую эффек­ тивность обеспечивают металлические экраны из медной и титановой фольги. В этом случае получается

гораздо

лучшая

контрастность

снимков. Толщина фольги должна быть равна максимальной длине пробе га вторичных элек­ тронов в экране. На практике толщина экрана

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

264

(фольги)

0,05 ...0,5

мм.

Фольга

наносится

Металлические

использовать

с

экраны

'::R

рекомендуется

безэкранными

радиографиче­

скими пленками РТ-l, РТ-3, РТ-4М, РТ-5. При их

применении

разрешающая

практически

способность

не

ухудшается

изображения

на

пленках.

Усиливающее действие флуоресцентных экранов определяется

действием

димой, сине-фиолетовой, инфракрасной

областей

них

ионизирующего

излучения.

используют

высвечивае­

Флуоресцентные экраны

В

качестве

изготовляют в

виде пластмассовых или картонных подложек,

на которые наносят слой люминофора. рекомендуется

использовать

с

Эти

экран­

ными радиографическими пленками, посколь­ ку

спектральная

чувствительность

эмульсии

пленки и спектр свечения экранов хорошо со­

гласуются. При применении флуоресцентных экранов разрешающая способность изображе­ ния на пленках существенно ухудшается из-за

крупнозернистости экранов.

С

помощью

флуоресцентных

получают меньшие экспозиции (рис. при

использовании

(рис.

16.39) -

:ж: ..о

~

~ '"~ ;>, :r

2

1

О

Рис.

400,мм

20

16.39. Завнсимость

относительной

чувствнтельиости реитrеиоrрафии от толщииы стали для различных экранов

ZnS, CdS, BaS04,

PbS04, CaW0 4 и др.

экраны

~

и

мых из люминофоров при прохождении через люминофоров

'"

фотонов ви­

ультрафиолетовой спектра,

3

на

гибкую пластмассовую подложку.

металлических

экранов

16.38),

а

экранов

При радиографии

применяют флуороме­

таллические усиливающие экраны в виде свин­

цовой подложки

с нанесенным

на нее слоем

люминофора. Они имеют больший коэффици­ ент усиления, чем металлические, и обеспечи­ вают лучшую чувствительность, чем флуорес­ центные экраны.

Усиливающие экраны используют в виде заднеrо и переднего

размещены

экранов,

между которыми

радиографические

этом увеличивается уменьшается

пленки.

коэффициент

влияние

При

усиления и

рассеянного

излучения

на пленку. Толщину металлических экранов, а также материал люминофора и его количество в составе флуоресцентных экранов выбирают в

лучшую чувствительность.

зависимости от типа источника излучения.

Флуоресцентные экраны с малым количе­

'9ll r 7,оr----т--""""':''''Т''"------::I

ством люминофоров на поверхности при меня­ ют с низкоэнерrетическими

источниками

излу­

чения, а экраны с большим количеством лю­

минофора

10

-

с высокоэнергетическими источ­

никами.

Ввиду крупнозернистости последних

экранов

существенно

уменьшается

щая способность изображения (до

'g3"'"" 0,1 ::

разрешаю­

1,5 - 3

раз).

Экраны выполняются в виде свинцовой фоль­ ги, которая наклеивается на гибкую пластико­

1,0

~

вую подложку, обеспечивающую

их

сохран­

ность и хорошее состояние поверхности.

(1)

Эталоны чувствительности. Для опре­ деления относительной

чувствительности ра­

диографическоrо контроля используют специ­

0,01 t----i+-:;.,-.--+---t----I 0,1 0,004 L.._ _"'--_ _..L.._ _...L-_ _--' 0,04 О 50 100 150 О, мм Рис.

16.38. Зависимость

экспозиции от толщииы

стали для различиых экранов и источников излучеиия

альные

эталоны.

Эталон

представляет

собой

пластину с идеальными дефектами, контуры которых резко очерчены. На границе дефектов эталона резко

изменяется

суммарная

просвечиваемоro

материала,

реальном металле

-

толщины

в то

толщина

время

как в

постепенное изменение его

на границе дефект

-

бездефектная

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

265

зона. Кроме того, реальные дефекты часто рас­

жен быть аналогичен материалу контролируе­

средоточены

мого изделия. Эталоны маркируют свинцовы­

ния.

и

имеют

Вследствие

этого

включения, диаметры ственно

высоте

неправильные

поры

или

очерта­

шлаковые

которых равны соответ­

прорези

или

диаметру

прово­

локи эталона, могут быть не выявлены несмот­

ми

буквами

и

цифрами.

материал эталона, цифры

мер Сu2,

Fe1,

А13,

Ti4.

Буквы

-

обозначают

его номер, напри­

Оба вида эталона равно­

значны по чувствительности, выбор их опреде­

ря на то, что изображения искусственных де­

ляется условиями работы и удобством исполь­

фектов четко видны.

зования.

В практике радиационной дефектоскопии

Кассеты, маркировочные знаки и дер­

применяют несколько типов эталонов чувстви­

жатели. Перед радиографическим контролем

тельности (табл.

пленку вместе с усиливаюшими экранами по­

16.3).

Чаще других использу­

ют канавочные и проволочные эталоны четырех

мещают в специальную светозащитную кассе­

типоразмеров каждый. На канавочном эталоне

ту.

имеется шесть канавок, глубина рядом располо­

при меняют гибкие и реже жесткие кассеты.

В

практике промышленной радиографии

Прово­

Преимущественное использование гибких кас­

лочный эталон представляет собой пластико­

сет обусловлено тем, что они обеспечивают

вый чехол с семью проволоками

различного

плотное прилегание к контролируемой поверх­

различаются

ности сложной конфигурации. Гибкая кассета

женных канавок различается в

диаметра,

соседние

размерами в

1,25

1,39 раза.

проволоки

раза. Материал эталона дол-

представляет собой двойной конверт из черной

16.3. Эталоны чувствительности Чувствительность (в %)для

Эскиз

Тип эталона

Стандарты

cS=10 ... 50мм Проволочный I

Канавочный с канавками постоянной ширины и переменной глубины

Канавочный с канавками переменных ширины и глубины

1

Ступенчатый с отверстиями

кобритании, Японии

~

~ ШJШIII[J ;d\

Вели-

стран,

•

Пластинчатый с отверстиями

Европейских

,"'f:

~

~1/§l:I&1~ d' '<:>

0,5

Европейских стран

1

1,5 ... 2,0

рф

США,

Code,

2,0 ... 2,5

ASME рф

Международного ститута

инсвар-

ки (МИС) I

Геометрический ряд значений

2

Арифметический ряд значений дcS.

d с основанием 1,25.

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

266

светонепроницаемой

бумаги

или

дерматина.

С целью обозначения изделий по участ­

В меньший конверт укладывают пленку с уси­

кам

ливающими

заряженный

свинцовые знаки, которые размешают в кассе­

экранами,

а

затем

контроля

применяют

маркировочные

конверт вставляют в другой конверт, имеюший

те. После просвечивания их изображения отпе­

большие размеры, обеспечивая тем самым све­

чатываются на снимке. Гибкие кассеты, заря­

тонепроницаемость

женные радиографической пленкой и экрана­

смотрены

карманы

кассеты. В кассетах преду­ для установки

маркировоч­

ных знаков и эталонов чувствительности. достатком

гибких

кассет является

Не­

отсутствие

полной гарантии плотности прижатия пленки к

усиливающим

экранам.

Этого недостатка

шены жесткие кассеты, выполненные ниевых

сплавов

менять только

и пластмасс,

при

ли­

из алюми­

ми, устанавливают на ферромагнитных мате­ риалах магнитными держателями типа МД-l.

На

меняют

изделий

качественное

прилегание

16.3.4.

герметичный корпус. При откачивании воздуха пленкой

и экранами

достигается

атмосферного

давления.

Эти кассеты применяют крайне редко из-за их дороговизны

и

сложности

использования.

В зависимости от типа просвечиваемого

изде­

лия и главным образом интенсивности ионизи­ рующего

схемы

рис.

излучения

зарядки

16.39).

применяют

различные

радиографических

кассет (см.

дуют

для

16.40,

просвечивания

а, д, рекомен­

стальных

изделий

толщиной до

4 мм; по схемам, представленным на рис. 16.40, б, в, - для просвечивания стали толщиной >4 мм; по схемам, показанным на рис. 16.40, г и з, - для контроля изделий тол­ щиной > 100 мм. Зарядку кассет двумя пленками по схе­ мам, изображенным на рис.

ствляют изделий

при и

контроле изделий

16.40,

особо

е

-

з, осуще­

ответственных

переменной

толщины.

В последнем случае в кассету вкладывают две пленки различной чувствительности.

Рис.

1-

пояса,

снабженные

за­

16.40.

Основные параметры. Энергия излуче­ ния определяет его проникающую способность и

выявляемость дефектов

в контролируемом

изделии.

От мощности Р экспозиционной дозы из­ лучения зависят производительность

2-

контроля,

а также требования техники безопасности. Плотность р контролируемого материа­ ла определяет необходимую МЭД и получение требуемой

производительности

и

чувствительности.

Линейный излучения

в

коэффициент

материале

ослабления

свидетельствует

никаюших свойствах излучения

110

о про­

и выявляемо­

сти дефектов.

Дозовый фактор накопления ~ характери­ зует рассеяние

в

зависимости

ослабления

изделия

110

излучения

от и

в материале

линейного толщины

изделия

коэффициента

контролируемого

8 и оказывает заметное влияние на

выявляемость дефектов. Он зависит от отно­ шения суммы интенсивностей нерассеянного и рассеянного излучений к интенсивности нерас­

сеянного излучения: ~ = (/н

+ Ip) /I H •

Способы зарядки кассет:

радиографическая пленка;

3-

ТЕХНОЛОГИЯ РАДИОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Например, зарядку кассеты по схе­

мам, приведенным на рис.

специальные

уси­

из внутреннего объема кассеты плотный кон­ действию

крепят

простой

обеспечивают вакуумные кассеты. Они имеют

благодаря

кассеты

но их можно при­

контроле

ливаюших экранов к радиографической пленке

такт между

материалах

стежками и натяжными ремнями.

формы, когда не требуется изгибать пленку. Наиболее

немагнитных

резиновыми поясами и ремнями. Иногда при­

усиливающий металлический экран;

усиливающий флуоресцирующий экран

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Разрешающая определяет

его

способность

способность

267

детектора

и у-излучений при прохождении их через кон­

регистрировать

тролируемый металл и многообразия перечис­

рядом расположенные дефекты и бездефект­

ленных

ные участки контролируемого изделия и харак­

действие

теризуется числом линий, равномерно распре­

представляется

деленных на единице длины тест-образца.

рассмотреть эти факторы в отдельности,

Абсолютная чувствительность Wабс (в мм) говорит о размере минимально выявляемого де­

Относительная чувствительность

WOTH размера il8

%) определяется отношением

минимально выявляемого дефекта или элемен­ та

эталона чувствительности к

тролируемого изделия тельной

чувствительности

основных

параметров

толщине кон­

Зависимость относи­

8.

радиографии

просвечивания

их

учесть

на

влияние

от

выража­

возможным. каждого

где LlD min - минимальная разность плотностей почернения различаемая глазом; В - дозовый контрастность радио­

графической пленки.

На практике значение

0,01. Значения у[), Помимо

LlDmin

13 и Jlo известны

указанных

0,006 ...

""

из литературы.

факторов

не

Целесообразно оце­

из них на чувствитель­

ность метода к выявлению дефектов.

(16.4)

видно, что чем больше линейный коэффициент

ослабления

тем

J.!o,

меньше

размер

дефекта,

который удается обнаружить. В свою очередь,

коэффициент источника.

Jlo

зависит от энергии излучения

Получение рентгеновского

излуче­

ния той или иной энергии достигается регули­ рованием напряжения

соответствующего

2,3LlD min B о W - - 100 Уо, (16.4) ОТН - 8 J.!o У D8 il8

YD -

воз­

метода

на рентгеновской

труб­

ке, энергия у-излучения обусловлена выбором

ется уравнением

фактор накопления;

одновременное

чувствительность

Энергия нзлучення. Из формулы

фекта или элемента эталона чувствительности.

(в

нивая

факторов

радиоактивного

изотопа.

Влияние энергии рентгеновского и у-излучений на

чувствительность

рис.

16.41.

контроля

показано

на

Как видно из графиков, чувстви­

тельность контроля стали одинаковой толщины тем выше, чем меньше энергия излучения.

Рассеянное излучение энергии

первичного

в зависимости

излучения

изменяет

от

каче­

ство снимка, снижает контрастность и четкость

изображения,

а следовательно,

и чувствитель­

ность самого метода. При отсутствии рассеяния

чувстви­

дефект на пленке будет изображаться с четкими

тельность радиографического контроля зависит

границами

также от: формы и места расположения дефек­

всегда

та, величины фокусного расстояния, фокусного

шающее

пятна трубки, типа рентгеновской пленки.

этого дефекты малого размера становятся труд­

Техннка

контроля.

Ввиду

сложности

16.42).

Однако

место рассеяние

четкость

норазличимыми

процессов ослабления энергии рентгеновского

.

(рис.

имеет

практически

излучения,

изображения.

(размыты

границы

нару­

Вследствие изображе­

ния) и часто могут быть не выявлены.

.10 11

5,0

;>;;;

~

>с

... 16 Е: ....

с>

::~ IZ Е:

Е=I, П I>1Э8( 6О со)

E-О,5I>1эВ(l17 сs)

\'

'"

~ 8,

~\ [""'-- r---...

~О,Jl>1эВ(lg2IГJ

........

~4, О

f'-.....r--

О

10

ZO

ЗО

40

50

Толщина стали 5, мм Пленка РТ-'; F = 750 мм О)

Рис.

о

10

-г--

ЗО

ZO

40 50 s, мм F = 5001111

Толщина стали

Пленка

РТ-';

б)

16.41. Зависимость чувствительиости радиографического коитроля от эиергии излучеиия: а - рентгеновского аппарата РУП-150-1 О; б - изотопов; F - фокусное расстояние

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

268

r- ,...-

J

го- ,...-

I 5)

U) Рис.

16.42.

8)

Влияиие рассеянного нзлучения на коитрастность изображеиия при просвечиваиии:

-

а

б

1

при параллельном нерассеянном пучке излучения;

-

ухудшение контрастности от рассеянного излучения при просвечивании изделий большой толщины;

в

-

улучшение контрастности при просвечивании изделий малой толщины тем же пучком излучения

Рассеяние

излучения

всегда

сильнее

толстостенных материалах (см. рис.

. ~

в

... ..,Е: <:> ...=>:

чем в тонкостенных, поэтому чувствительность метода значительно ухудшается с увеличением

толщины просвечиваемого материала. Совер­ шенно

избавиться

от

рассеяния

слой

представляющими собой

оловянной

(0,075 ... 0,15

(0,025

мм)

или

6

...'"

излучения

'+

Е:

:,

нельзя. Уменьщить его можно специальными фильтрами,

8

>ё

16.42, 6),

""Е: z

...~..,

тонкий

свинцовой

мм) фольги, расположенной либо

о

между источником и контролируемым объек­ Рис.

ние излучения можно уменьшить также, сокра­

16.43. Зависимость

источника излучения, либо посредством свин­ просвечиваемым шается,

объектом.

если увеличить

помещаемой

Рассеяние

расстояние

над

умень­

от контро­

лируемого объекта до пленки. Толщина

материала.

Чувствительность

более сложным образом зависит от толщины

16.43).

контролируемого материала (рис. чале

чувствительность

того,

что

с

возрастает

увеличением

убывает эффективный

Вна­

вследствие

толщины

материала

коэффициент ослабле­

ния. Мягкие составляющие

излучения

ослаб­

ляются сильнее, чем жесткие, и в последующие слои

попадает

излучение,

уже

частично

от­

фильтрованное в предыдущих слоях. По мере прохождения

через вещество излучение

стано­

вится все более жестким и при этом одновре­ менно

замедляется

убывание

коэффициента

эффективного ослабления: он приближается к постоянному

значению.

больших толщин

подъем

Для

сравнительно

кривой

(ухудщение

чувствительности) объясняется эффектом рас­ сеяния. В итоге ухудшение чувствительности из-за

наличия

ляет предел

рассеянного

применяемости

излучения всего

опреде­

метода

про­

свечивания материалов до определенной тол­ щины

(100 ... 150 мм).

чувствительиости

коитролируемогосоединения

ся либо при помощи диафрагмы, помещаемой у с отверстием,

160 100

стали, мм

радиографического коитроля от толщииы

тив площадь облучения. Последнее достигает­

маски

110

80

Толщина

том, либо между пленкой и объектом. Рассея­

цовой

'+0

Форма

дефектов

и

их

ориентация

в

шве. Дефекты (непровары) с прямолинейными гранями, лению

ориентированы е параллельно

распространения

излучения,

направ­

выявляют­

ся значительно лучше из-за большой резкости изображения

их

границ

(рис.

дефекты цилиндрической

а),

16.44,

чем

(шлаковые включе­

ния), или шаровой (поры), или другой формы (см. рис.

16.44,

б, в). Действительно, непровар,

как правило, имеет постоянную высоту сечению

падающего

пучка

D.s

излучения,

по

тогда

как у объемных дефектов она переменная, по­ этому

плотность

потемнения

изображения

этом случае будет постепенно снижаться

метром

от

максимума,

дефекта,

до

в

и равномерно

определяемого

плотности

диа­

потемнения

всего поля пленки. Вследствие этого резкость изображения

отсутствует,

контрастность

снимка,

зом, значительно

выявляем ость

при

прохождении

т.е.

когда угол а (рис.

направлению

и

гла­

ухудшается.

Наилучшая

ориентации

а следовательно,

воспринимаемая

излучения

дефекта

16.45)

равен

под некоторым

излучения

ется; в этом случае

наблюдается

вдоль дефектов,

выявляемость

пучок

00.

При

углом

к

ухудша­

излучения

будет

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Рис.

ф

ф

ф

а)

б)

в)

269

16.44. Влияиие формы Ф дефекта иа коитрастиость его изображеиия: а - прямоугольной; 6 - шаровой; в - трапецеидальной ~ "<-

:;;

ос>

~ О, 3 1---:--.".--__i'P-"""'~~'-d,~~

~

~ 0,11-~~""'~~:;'::~~~~~~

..,::>Е::

~o,г

!

~

Oe....,:,....:....::....::.I~~~~~~~~J:::....:::o

'"

Рис.

Е:;

''":1::"' ...

20

'1-0

16.45. Выявляемость

Е::

80 а, о

60

..,'"'

§:о

О

*0

!го

80

Толщина

трещииы в зависимости

160

200

стали, мм

от ориеитации ее к иаправлеиию излучеиия

Рис.

проходить не всю высоту

!ll,

а только опреде­

16.46. Чувствительиость

при просвечиваиии

стали у-излучеиием иа различиых фокусиых расстояииях

ленную ее часть. Чувствительность просвечи­

вания при этом будет определяться шириной

раскрытия дефекта

/)".

В практике очень часто

мягким,

вследствие

чего

встречаются дефекты, у которых ширина рас­

тельность

контроля.

крытия

фокусное

расстояние

/)"

незначительна при достаточно боль­

шой высоте

!ll.

В этом случае на пленке про­

екция изображения дефекта не будет видна из­ за малой разницы в плотностях потемнения

пленки в дефектном и

бездефектном месте.

К подобным дефектам относят, например, тре­ шины, стянутые непровары, несплавления по

кромкам.

Вероятность выявления подобных

дефектов очень мала прокатанных

(35 .. .40 %).

листах,

Расслоения в

расположенные

парал­

лельно поверхности листов, как правило, про­

свечиванием не выявляются. По этой же при­ чине слабо обнаруживаются несплавления по катетам шва в тавровых, угловых и нахлесточ­

Фокусное расстоянне. Увеличение фо­ кусного

расстояния

(рис.

16.46)

аналогично

энергии ослабления излучения делает его более

чувстви­

заметить,

что

связано с временем

F

, следующим соотношением: (F / F o)2, где' - время просвечивания

просвечивания

, / 'о

=

при выбранном фокусном расстоянии, см; 'о

-

время просвечивания при фокусном расстоя­

нии

F o, взятом

по номограмме (см. рис.

Из соотношения

видно,

16.46).

что при увеличении

фокусного расстояния резко возрастает время просвечивания.

Чем

меньше

размер

фокуса,

тем более четкий рельеф изображения дефекта на снимке, тем меньше область полутени, тем выше чувствительность контроля (рис. Уснлнвающие видно,

ных соединениях.

улучшается

Следует

экраны.

что применение

обеспечивает тельности, действия

повышение

обусловленное

16.47). 16.48

рис.

металлических

некоторое

вторичного

Из

экранов

чувстви­

уменьшением

излучения,

воз­

источником

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

270

~

рассмотрим операции радиографического кон­

~. 1,5

~ '"...

ПО

1,0 I ' \

Тт F'" 150,.,,.,

дают

d,:: 7,.,,.,

~ ',5

"

О

-

7':--6

'+

8

Толщина стали,

16.47. Влияиие

проводят

про­

свечивают

объект;

фотообработку

снимков и

их расшифровку; оформляют ре­

зультаты контроля.

10

Выбор источника излучения обусловли­

"',.,

вается технической целесообразностью и эко­

размера фокуса

номической эффективностью. Основными фак­

d иа

торами,

чувствительиость коитроля

определяющими

являются:

10

~

выполнения

ют оптимальные режимы просвечивания;

I

1

последовательность

чения, радиографическую пленку и определя­

dz "'3М'"

"'".:::.." 0,5

такую

основных операций: выбирают источник излу­

i'....

1,0

Рис.

При радиографировании изделий соблю­

\\ k

~

t: ~ §

троля на примере сварных соединений.

РТ-1

ность

и

заданная

толщина

выбор

источника,

чувствительность;

материала

плот­

контролируемого

изделия; производительность контроля; конфи­

~

8

... Е:

... ...'"

гурация контролируемой детали; доступность ее для контроля и др

6

~

::Е:

рых допускаются дефекты большого размера,

4

""1'...":: ...

.

Например, при контроле изделий, в кото­

наиболее целесообразно применять изотопы с высокой

2

энергией,

обеспечивающие

малое

время просвечивания. Для изделий ответствен­

§:'

ного

о

48

32

/6

Толщина

6'f

стали,

назначения

используют

рентгеновское

излучение и только как исключение

80

,.,,.,

имеющие

по

возможности

-

изотопы,

наименьшую

энер­

гию излучения.

Рис.

16.48. Влияиие

усиливающих экраиов иа

Выбор радиографической пленки осуще­

чувствительиость радиографического метода

ствляется

при просвечиваиии стали у-излучеиием IS4Eu:

просвечиваемого объекта, а также по требуе­

1-

флуороскопические экраны;

3-

2-

без экранов;

металлические экраны (свинец

мм)

0,1

риал. Рассеянное вторичное излучение умень­

объекта.

контрастность изображения

Рассеянное

излучение

от

тяжелых

элементов, подобно свинцу, сравнительно не­ велико, они

выполняют роль

своеобразного

фильтра, особенно для первичного излучения пленки.

В

зависимости

от

типа

пленки, обусловленного размером зерна и ре­ акцией к излучению, чувствительность радио­

графического контроля

при

прочих

контрастностью

равных

Пленки, обеспечивающие лучшую

чувствительность,

имеют

мелкозернистую

боль­

и

чувствительностью

к

излу­

применяют

при

просвечивании

деталей

раз­

личной толщины, при этом время просвечива­ по

сравнению

с

другими

типами

пленок

наименьшее. Для контроля изделий из алюми­ ниевых

сплавов

и

сплавов

черных

металлов

небольшой толщины годится высококонтраст­ ная пленка РТ-З и РТ-4. При дефектоскопии РТ-5.

(РТ-5) дО

сварных соединений

чению. Универсальную экранную пленку РТ-2

материала) может изменяться от (РТ).

материала

щих толщин, так как она обладает высокими

ответственных

3 %

плотности

Пленку РТ -1 используют главным обра­ зом для контроля

условиях (энергия излучения, род и толщина

0,5

и

мой производительности и заданной чувстви­

ния

низких энергий. Тип

толщине

тельности контроля.

которого является сам контролируемый мате­

шает резкость и

по

Эта

соединений

пленка

контрастностью,

позволяет

тельные дефекты,

применяют пленку

обладает

весьма

высокой

выявлять

незначи­

хотя и имеет наименьшую

структуру и слабую реакцию к излучению, но

чувствительность

требуют большего времени для просвечивания.

вает время экспозиции при контроле. Ориенти­

С учетом изложенных факторов, влияю­ щих

на

чувствительность

контроля,

кратко

к излучению,

ровочно радиографическую

что и увеличи­

пленку целесооб­

разно выбирать по номограммам (рис.

16.49).

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

271

~ 13H~~tmfj~~~~ od' 251-+--J!~~:Ш+~~~~~

150г----t--г-~~~~

Е-'< 100 t--+--+----j---"~3i_h 30 50 Рис.

16.49. Номограммы

областей прнменеиия

радиографических пленок прн просвечиванин стали:

J-

РТ-5, РТ-4;

JJ - PT-l,

РТ-3;

РТ-2

JJJ -

Для контроля сварных соединений раз­ личных типов выбирают одну из схем просве­ чивания, приведенных на рис.

односторонние

I б.50.

соединения

кромок, а также с

Стыковые

без

V -образной

разделки

разделкой про­

свечивают, как правило, по нормали к плоско­

сти

свариваемых

схема

1).

Швы,

элементов

(см.

выполненные

рис.

Iб.50,

двусторонней

сваркой с К-образной разделкой кромок, наи­

более целесообразно просвечивать по схеме

2с

применением в ряде случаев двух экспозиций.

Рис.

В этом случае направление центрального луча должно совпадать с линией разделки кромок.

Допускается просвечивать эти швы также и по схеме

1.

При контроле швов нахлесточных, вых и тавровых соединений направляют,

как

правило,

плоскости листа (схемы го

диаметра

(>200

под

3 - 8).

мм)

угло­

центральный углом

луч

450

к

Трубы большо­

просвечивают через

одну стенку, а источник излучения устанавли­ вают снаружи или внутри изделия с направле­

нием оси рабочего пучка перпендикулярно к

шву (схемы При сварных

16.50. Схемы

При контроле кольцевых сварных соеди­

нений труб часто применяют панорамную схе­ му просвечивания (схема точник

с

соединений

труб

через

две

малого

11),

при которой ис­

излучением

устанавли­

свечивают за одну экспозицию. Условие при­ менения

этой схемы

просвечивания

следую­

щее: размер активной части Ф источника излу­ чения, при ние

для

котором

контроля

возможно его использова­

сварного

шва

панорамным

способом, определяют по формуле

Ф

стенки

диаметра,

панорамным

вают внутри трубы на оси и соединение про­

9, 11).

просвечивании

контроля сварных соеднненнй

где

u -


максимально

допустимая

нерезкости

величина

чтобы избежать наложения изображения уча­

геометрической

стка шва, обращенного к источнику излучения,

фектов

на изображение участка шва, обращенного к

действующей документацией на контроль, мм;

на снимке,

изображения

задаваемая,

как

де­

правило,

и r - внешний и внутренний радиусы кон­

пленке, источник сдвигают от плоскости свар­

R

ного соединения (схема

тролируемого соединения соответственно, мм.

10)

на угол до

20 ... 250.

После выбора схемы просвечивания ус­

При выборе схемы просвечивания необ­ ходимо

могут

помнить,

быть

что

непровары

выявлены

лишь

в

и

трещины

том

случае,

танавливают величину фокус//ого расстоя//ия

F.

С его увеличением ненамного повышается

если плоскости их раскрытия близки к направ­

чувствительность метода, но возрастает (про­

лению просвечивания

порционально квадрату расстояния) время экс­

~0,05 мм.

(0 ... 100),

а их раскрытие

позиции.

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

272

Фокусное симости

от

расстояние

схемы

выбирают

просвечивания,

в зави­

толщины

мости от коэффициента контрастности пленки,

материала и размеров активной части (фокус­

но

ного пятна) источника

быть

для схем

1- 8

(см. рис.

стояние должно быть где

s-

излучения.

F

16.50) ~ (Ф /

Например,

-

нигде

плотность

почернения

не

должна

ед.;

<1,5

фокусное рас­

искажение изображения дефектов на

Н),

краях снимка по отношению к изображению их

u + I)(s +

толщина сварного соединения в направ­

лении просвечивания, мм; Н

ед. оптической плотности в зависи­

$0,4 ... 0,6

расстояние от

в его центре не превышало

1О

и

25 %

для пря­

мо- и криволинейных участков соответственно.

Обычно длина

пленки до обращенной к ней поверхности из­

1 прямолинейных и близких

делия. Обычно фокусное расстояние выбирают

к прямолинейным участков, контролируемых за

в диапазоне

одну экспозицию, должна быть ~0,8f, где

300... 750 мм.

Время экспозиции и длина контролируе­ мого за одну экспозицию участка при контроле

ности контролируемого участка.

Подбор экспозиции при просвечивании

по приведенным схемам должны быть такими,

изделий проводят по номограммам (рис.

чтобы: плотность

почернения

изображения

f -

расстояние от источника излучения до поверх­

16.51),

а уточняют ее с помощью пробных снимков.

контролируемого участка щва, ОШЗ и этало­

Экспозиция

нов чувствительности была

жается как произведение тока трубки на время;

;<:1,0

и

ед. оп­

$3,0

тической плотности;

у-излучения

рентгеновского

-

как

излучения

произведение

выра­

активности

почернения

источника излучения, выраженной в у-эквива­

любого участка сварного шва на снимке по

ленте радия, на время. Номограммы даются для

сравнению с

определенных

уменьшение

установки

плотности

плотностью почернения в

эталона

чувствительности

месте

было

типа

пленки,

фокусного

рас­

стояния и источника излучения.

't О

/

2О 6

10

Напряжение на труоке, кВ 80 100 "'·0 180

:х:

i.

250

350 400

100 80 I-t-+-f-If-Нf+l~'--JI-+,f--t1-4 6 О HI-fI-+-+-1Н,-+-IЧ---+-+--.1'---1 '1-0 Н-+I+"R+-I1-1+--I--+l--Jч-,н~

..,

~

'о;:

g

""~. 2О Н-Нff--+'Н'--J'#-I-+---+---! ... ~ ~

'1

2

I

:::о

/

6 4

;)-

/

1 0,8 0,6 /..j 0,4

I

t:::

о;:

g 10 H-Н1IН-hhН~'-fjI'---+-+-I

О. 2 I

V J

2 f

4 '/

/ L

~

.....

~.5

fI"~ ~ ''J.

8t-нЖf+Jtf-+t-fнУI--t-+-I

... ~

'+ Ж+lil+lНчtl-ih-+--+-+-I

0,08 0,06 0,0'+

2

0,02

~ 6 ЖЖf-h~+!f-!hН---+-+-I

V

~

'"

t:::

/

/

8

О,

I

1/

~,

0,01

20

40

Толщина

60

стали, 1111 а)

Рис.

а

-

80 100

О

20 *0 50 80 100 120 140 Толщина

стали, 111'1

о)

16.51. HOMorpaMMbI для определеиия времеии экспозиции просвечиваииястали: F= 750 мм и пленке PT-I; 6 -у-излучением при пленке РТ-I и F = 500 мм; 1 - тулий; 2 - стронций-75; 3 - иридий-192; 4 - цезий-135; 5 - европий-152; 6 - кобальт-60

рентгеновским излучеиием при

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Подготовка к

контролируемого

nросвечиванию

заключается

в

объекта

тщательном

осмотре и при необходимости в очистке объек­ та от щлака и других загрязнений.

273

сле фиксирования химических реактивов. По­ сле промывки пленки ее сущат

ч. Темпе­

3.. .4

ратура сущки не должна превыщать 35 ос.

Наружные

Расшифровка Сllиfttков

-

наиболее ответ­

дефекты необходимо удалить, так как их изо­

ственный этап фотообработки. Задача расщиф­

бражение

на

ровщика заключается в выявлении дефектов,

бражение

внутренних

снимках

может

затемнить

изо­

Сварное

со­

установлении

единение разбивают на участки

контроля,

ко­

граммы расщифровывают в проходящем свете

торые маркируют с тем, чтобы

после просве­

чивания

дефектов.

можно было точно указать

располо­

их видов и размеров. Рентгено­

на неготоскопе ся

закрытые

устройстве, в котором имеют­

-

молочным

или

матовым

стеклом

жение выявленных внутренних дефектов. Кас­

осветительные лампы для создания равномерно

сеты и радиографические

рассеянного светового потока. Помещение для

в них, должны ке,

что

и

пленки, заряженные

маркироваться

соответствующие

в том

же поряд­

участки

контроля.

Выбранную пленку заряжают в кассету, после чего кассету укрепляют ны источника

излучения

чувствительности. невозможно

на изделии,

В

так

а со сторо­

устанавливают

тех

случаях,

разместить,

эталон

когда

например,

его при

просвечивании труб через две стенки, разреща­ ется

располагать

эталон

со стороны

детектора

расщифровки

пленки менные

После выполнения перечисленных опера­ приступают

к

просвечиванию

этом источник излучения

изделий.

необходимо

При

устано­

вить таким образом, чтобы во время просвечи­ вания он не мог вибрировать или сдвинуться с места, иначе, изображение на пленке окажется размытым. По истечении времени просвечива­ ния кассеты с пленкой снимают и экспониро­ ванную пленку подвергают фотообработке. Процесс

фотообработки

пленки

вклю­

чает в себя следующие операции: проявление, промежуточную бражения,

промывку, фиксирование изо­

промывку

в

непроточной

воде,

окончательную промывку и сущку пленки. При

проявлении

кристаллы

бромистого

серебра

металлическое

серебро.

восстанавливаются

в

Пленку

в специальном

проявляют

растворе ~

затемняют,

отражала

неготоскопы

чтобы

поверхность

падающий

свет.

регулируют

HeroTocKolla

ность

не

регулируется,

мелкие дефекты с ниями

плотности

почернения

Расшифровка реlпгенограмм состоит из трех

основных

этапов:

оценки

качества

бражения, анализа изображения и на

пленку ополаскивают промежуточная

в кювете с водой. Такая

промывка

предотвращает

по­

падание проявителя в фиксирующий раствор

-

изо­

отыскания

нем дефектов: составления заключения о

качестве изделия. Качество изображения в пер­ вую очередь оценивают по отсутствию на нем

дефектов, вызванных неправильной фотообра­ боткой или неаккуратным обращением с плен­ кой: радиограмма не должна иметь пятен, по­ лос, загрязнений и повреждений эмульсионно­ го слоя, затрудняющих расщифровку.

Затем оценивают оптическую плотность. которая должна составлять видны

ли

элементы

гарантирующие

2,0 ... 3;

эталона

проверяют.

чувствительности,

выявление

недопустимых

дефектов; есть ли на снимке изображение мар­ кировочных

знаков.

Оптическую

измеряют на денситометрах

плотность

или на микрофо­

тометрах.

Заключение

о

качестве

проконтролиро­

ствии с техническими

проявления

при

пленки.

ковках

После

то

незначнтельными измене­

оптической

ванного сварного соединения дается

и раствора.

ос­

слищком ярком свете могут быть пропущены

проявителе. Время проявления указано на упа­ пленки

Совре­

яркость

вещенного IЮЛЯ и его размеры. Если освещен­

(кассеты с пленкой).

ций и обеспечения безопасных условий работы

не

ние

и

изделия

приемку

условиями

изделия.

оценивают

в соответ­

на изготовле­

При

этом

качество

по

сухому

снимку,

только

если он отвечает следующим требованиям:

фиксаж. В фиксаже растворяются непроявлен­

на

рентгенограмме

четко

видно

изо­

ные зерна бромистого серебра. а восстановлен­

бражение сварного соединения по всей длине

ное

снимка;

металлическое

серебро

не

претерпевает

изменений.

на

После фиксирования пленку необходимо промыть в непроточной воде с последующим

снимке

нет

пятен,

царапин,

чатков пальцев, потеков от плохой

отпе­

промывки

пленки и неправильного обращения с ней;

извлечением и сбором серебра. Затем пленку

на снимке видны изображения этало­

промывают в ванне с проточной водой в тече­

нов. В противном случае проводят повторное

ние

просвечивание.

20 ... 30

мин для удаления оставщихся по-

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

274

Для сокращения записи результатов кон­ троля

применяют

обнаруженных

-

щины; Н

-

обозначения

на снимке дефектов:

непровар; П

включения; Пдр

сокращенные

В

-

поры; Ш

вольфрамовые

-

-

подрез; Скр

Т

-

тре­

ка, сера, сульфид кадмия и др.). Чаще всего в качестве

подложки

применяют

алюминий,

а

полупроводником является аморфный селен.

шлаковые

Чтобы ксерографические пластины ока­

включения;

зались чувствительными к воздействию излу­

-

смещение кромок; О

-

чения,

их

необходимо

предварительно

оксидные включения в шве. По характеру рас­

дить

пределения обнаруженные дефекты объединя­

7 12 кВ. ДЛительность зарядки 10 20 с. К заряженной пластине

ют в следующие группы: отдельные дефекты,

коронным

разрядом

при

заря­

напряжении

составляет

нельзя при-

цепочки дефектов, скопление дефектов. К це­

касаться пальцами и любыми другими предме­

почке относят расположенные на одной линии

тами, так как это приводит к отводу электриче­

дефекты числом ~3 с расстоянием между ними,

ского заряда с поверхности и появлению пятен

или

на проявленном изображении. Кроме того, под

меньше. К скоплению дефектов относят кучно

действием видимого света заряд будет утекать

равным

трехкратной

величине

дефекта

расположенные дефекты в количестве не менее

через металлическую подложку. Поэтому ксе­

трех с расстоянием между ними, равным трех­

рографические пластины помещают в кассеты.

кратной величине дефекта или меньше. Разме­

Заряд пластины при хранении ее в темном мес­

ром дефекта считают наибольший линейный

те сохраняется ~60 мин. Время между оконча­

размер изображения его на снимке в милли­

нием

метрах. При наличии группы дефектов разных

должно превышать

группе,

а

также общее число дефектов.

проявления

не

свечивании изделий рентгеновским или у-излу­

чением на ксерографические пластины зависит

Ксерорадиография. Этот метод контроля представляет собой

и началом

1... 2 ч.

Продолжительность экспозиции при про­

размеров одного вида указывают средний или

преобладающий размер дефекта в

просвечивания

процесс

получения

от:

энергии

и

интенсивности

излучения,

тол­

изо­

щины и плотности просвечиваемого материала,

бражения на поверхности пластины, электри­

фокусного расстояния, чувствительности при­

ческие свойства которой изменяются в соот­

меняемой ксерографической пластины к излу­

ветствии с энергией воспринятого рентгенов­

чению

ского или у-излучения. Если зарядить такую

экспозиции зависит также от толщины селено­

пластину ленного

электрическим уровня,

а

зарядом

затем

до

опреде­

подвергнуть

иониза­

ционному облучению, то величина остаточного заряда на любом участке пластины будет одно­ значно

связана

с

интенсивностью

излучения,

падающего на данный участок. При этом оста­

точный заряд будет тем меньше, чем больше интенсивность

излучения.

Следовательно,

в

тех местах пластины, на которые попало излу­

чение,

прошедшее

через

какой-либо

дефект

(непровар, пора, раковина), остаточный заряд

будет меньше, чем в других местах пластины. Таким образом, в пластине образуется скрытое изображение, которое проявляют при помощи различных красящих мелкоразмолотых порош­

ков на основе талька, оксида цинка, мела. По­ рошок предварительно электризуют и опыляют

им пластину, при этом скрытое изображение преврашается в видимое. накладывают

обычную

Затем на пластину

бумагу,

на

которой

данной

энергии.

Продолжительность

вого слоя и величины заряда пластины. При одинаковых

условиях

просвечивания

продол­

жительность экспозиции на ксерографические пластины при энергии излучения меньше в

2 - 4

100.. .400

кэВ

раза, чем на рентгеновскую

пленку, различие тем больше, чем ниже энер­ гия излучения.

В широком диапазоне энергий (от до нескольких

мегаэлектрон-вольт)

50

кэВ

плотность

и контрастность ксерографических отпечатков уменьшается

с

повышением

энергии

излуче­

ния. При просвечивании изделий на ксерогра­

фические

пластины

усиливающие

целесообразно

помещать

экраны, представляющие

собой

слой тяжелых металлов (свинец, олово), кото­ рые располагают селена.

Их

между

применение

контрастность

подложкой позволяет

и четкость

и слоем увеличить

изображения.

Осо­

бенно эффективны свинцовые экраны в случае просвечивания

изделий

рентгенов­

ским

Весь процесс проявления занимает

с.

флуоресцирующие экраны в этом случае неце­

(алюминий,

лесообразно, так как из-за крупнозернистости

Пластина

состоит

из

подложки

30.. .40

и у-излучениями.

жестким

фиксируется полученное изображение объекта.

латунь, стальная фольга) поверху которой на­

флуоресцирующего

несен слой полупроводника (селен, оксид цин-

создать

тесный

слоя

контакт

Применять

обычные

иневозможности между

флуоресци-

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

рующим

экраном

заряженной

и

чувствительным

слоем

пластины (прикосновение

содержащих в

275 раз меньше серебра, чем

7- 9

к заря­

рентгеновская пленка. Необходимым условием

женной пластине отводит заряд с ее поверхно­

является обязательное сочетание фотобумаги

сти) сильно снижается четкость изображения.

или фотопленки и усиливающих флуореецент­

Чувствительность

ксерографического

контроля

от

ме­

ных экранов. Ионизирующее излучение падает

излучения,

вначале на экран с флуоресцентным слоем для

материале,

формирования оптического изображения, ко­

разрещающей способности пластин и процесса

торое фиксируется на фотобумаге, контакти­

проявления (свойств проявляющего порошка и

рующей с флуоресцентным экраном.

тода

степени

ослабления

метода

его

шающая стины

зависит

излучения

нанесения).

способность

частичек

в

Практически

разре­

ксерографической

линий/мм

8... 12

энергии

пла­

и зависит от размера

проявляющего

порошка.

Практика

В зависимости от энергии ионизирующе­ го

излучения

бинацию экрана,

применяют

определенную

фоторегистратора

при

которой

и

ком­

усиливающего

достигается

наилучшая

показывает, что чувствительность К ксерогра­

чувствительность. Необходимо, чтобы основ­

фического

ные

метода

несколько

ниже радиогра­

фического на рентгеновскую пленку. К преимуществам ксерографического ме­ тода относят

и

сухой

съемки

оперативность

метод с одной

получения

проявления.

Методом

ксерограммы

высококачественные

с

(разрешающая

чивания и др.) с фоторегистратора и экранов были достаточно близки по значениям. Прак­

фото­

тикой установлено, что при энергии излучения

большим

числом копий. При ксерографии отпадает необходимость

до

240

кэВ целесообразно использовать флуо­

рографическую

пленку

РФ-У

Cs1 (Tl).

«Фототелеграфная

и

БС»

работки.

имеющими люминофоры из

6 - 7 раз.

Однако ксерография имеет ряд недостат­

хорошо

сочетается

Na1 (Т1). ДЛЯ энергии 8 МэВ оптимальна

до

промышленности.

усиливающим экраном из

это

низкое

экранами,

комбинация флуорогра­

фи ческой

всего

с

CaW0 4 , Cs1 (Tl) и излучения от 240 кэВ

ков, что сдерживает ее массовое применение в

Прежде

пленки

РФ-3)

Фотобумага

фотопленка «Ми­

крат-300»

Стоимость контроля по сравнению с

(или

совместно с экраном из

в дефицитных материалах и процессах фотооб­ радиографическим снижается в

способ­

снимка

можно сделать

фотографии

характеристики

ность, максимум спектра поглощения и высве­

РФ-У

с

люминесцентным

Cs1

(Тl).

Не менее важным фактором, определяю­

качество пластин, трудность контроля больших изделий из-за ограниченных размеров пластин,

щим условия контроля (максимальную

возможность

вительность, минимальное время экспозиции),

пластин.

У

пластин

использования

выпускаемых

наблюдаются

только

промышленностью

существенные

ностные дефекты (сетка трещин, которые

резко

снижают

плоских

поверх­

царапины),

чувствительность ме­

является

чения.

5... 50 щиной

подбирать

собственный

ионизирующего

установлено,

что

1... 3 %)

ми.

мм рентгеновскими

50... 250

При

мм

-

аппаратами,

необходимости

янная толщина покрытия при водит к неравно­

диапазоне толщин

мерному

можно

по

по­

получить

верхности пластины, что в дальнейшем сказы­

изотопов

вается на качестве переноса изображения. Пла­

чувствительность

стины подвержены влиянию влажности и низ­

расстоянии

кой температуры. Однако отмеченные недос­ татки не могут служить препятствием для раз­

1921r

F

как

только один

вызваны

несовершенством техно­

логии изготовления ксерографических пластин и легко устранимы при серийном производстве.

Флюорография. Этот метод контроля за­ ключается

в

регистрации

рентгеновского

или

у-излучения на фотобумагу или фотопленку,

2.. .4,5 %) в 70... 130 мм

применением

гамма­

и БОсо соответственно. Указанная =

достигается

500... 750

при

фокусном

F = 250 мм в 2 раза хуже.

мм. При

Цветовая радиография. Обычный чер­ но-белый

они

мм и

чувствительность контроля будет

вития ксерографического метода контроля, так все

15 ... 70 с

а тол­

удовлетворительные

данные по чувствительности (К =

потенциала

дости­

линейными ускорителя­

режим просвечивания и проявления. Непосто­ распределению

излу­

макси­

гается в случае просвечивания стали толщиной

ны покрытия селенового слоя для каждой пла­

необходимо

источника

мальная чувствительность (К =

тода. Кроме того, из-за неравномерной толщи­

стины

тип

Практикой

чувст­

рентгеновский оценочный

снимок параметр

содержит

-

яркость

серого оттенка. Цветное изображение в отли­ чие от черно-белого позволяет получить два добавочных параметра: цвет и насыщенность.

Благодаря этому увеличивается информативная способность радиографического снимка.

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

276

Для получения

цветного

изображения

или

три

снимка

контролируемого

При

с

помощью черно-белой фотопленки делают два

объекта

цветной

диографии.

и

использованием

При

этом

(к о с в е н н ы й

экспонируют

пленку или одновременно

зованием

фильтров

ского излучения. фективной

поочередно

каждую

селекции

рентгенов­

В результате изменения эф­

на

от друга.

).

все пленки с исполь­

энергии рентгеновского

изображения друг

для

м етод

каждой Затем

пленке

излучения отличаются

черно-белые

негативы

окрашивают, например первый снимок в крас­

ный цвет, второй в зеленый, третий в синий, и составляют

бражение

вместе.

Полученное

расшифровывают

цветное

на

изо­

неготоскопе.

Оператор воспринимает больше оттенков цве­ та, чем градаций яркости, что облегчает кон­ троль

качества

и

повышает

за счет учета одновременно

его достоверность

является

использование

(п р я м о й различных

цветной

фотопленки

м е т о д). Этот метод основан на чувствительности

и

контрастности

обычных

несколько

сти

применения

в случае

черно-белой

радиографии

многослойных

хуже

с

фо­

чувствительно­

высококонтрастной

радиографической

производственных

условиях

пленки не

и

в

превышает

3 .. .4%. При

цветной радиографии улучшаются

выявляемость дефектов и возможность контро­ ля изделий с большими перепадами толщин, а также определение размеров дефектов в на­ правлении просвечивания.

Нейтронная радиография.Она основана

на облучении объекта контроля коллимирован­ ным пучком нейтронов и регистрации теневого

изображения объекта на рентгеновской пленке или другом детекторе (рис.

16.52).

Физической основой нейтронной радио­ графии

Другим способом цветовой радиографии

Чувствительность

томатериалов

большего объема

информации.

косвенными

ния выбирают так же, как и при обычной' ра­

рентгеновским излУчением различных энергий

интенсивности

радиографии

методами и на пленку РЦ-2 время просвечива­

является

зависимость

химического состава вещества и от

его

атомного

номера

и

излучения

от

прежде всего

массового

числа.

В отличие от рентгеновского и у-излучений эта зависимость

для

нейтронов

выражена

более

эмульсионных слоев многослойных фото- или

сильно. Принципиально важное значение ней­

рентгенографических

тронной радиографии состоит в возможности

действии

на

них

цветных пленок при воз­

ионизирующего

излучения.

Если пленку просвечивать рентгеновским

или

у-излучением, то пленка окажется разбаланси­ рованной как по контрасту, так и по чувстви­ тельности.

После проявления на ней выступа­

ют различные

цветовые оттенки, обусловлен­

ные интенсивностью

падающего света.

При просвечивании

радиографические

применяют

цветные

пленки, которые принципи­

ально ничем не отличаются от обычных фото­

пленок, но обладают большой чувствительно­ стью к рентгеновскому

излучению

двух или трех эмульсионных

и состоят из

слоев.

раздельного

контроля

химических

компонен­

тов материала.

Например,

с

использованием

обычных

методов невозможно даже обнаружить наличие легких или органических материалов на стали

при близких толщинах, а нейтронная радио­ графия позволяет вести контроль деталей раз­ мером

мм

-1

из

органических материалов

сквозь слои металлов толщиной в сантиметры. Это позволяет применять нейтронную радио­

графию

при

контроле

композиционных

материалов.

Каждый

слой имеет свой коэффициент контрастности и чувствительности,

благодаря чему определяет­

ся изменение цвета и яркости изображения при изменении толщины

или плотности образцов.

К числу подобных пленок относится отечест­ венная Для

цветная

рентгеновская

сокращения

влияния

экспозиции

рассеянного

металлические

и

пленка и

излучения

флуоресцентные

РЦ-2.

уменьшения применяют

усиливаю­

щие экраны. Обычно используют комбинации флуоресцентного (передний) и металлического (задний) экранов.

- 2 9

Рис.

16.52. Схема

просвечиваиия при иейтроииой радиографии:

1 - источник медленных нейтронов; 2 - защита; 3 - диафрагма; 4 - затвор; 5 - коллиматор; 6 - пучок нейтронов; 7 - изделие; 8 - детектор; 9 - камера

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

в зависимости от решаемой задачи поток нейтронов получают от изотопных ядерных

источников

реакторов.

энергий

маломощных радио­ или

устройств

печивает значительно более высокую чувстви­ тельность (~O,

по сравнению с рентгено­

I %)

графией.

необходимых

Контроль с помощью позитронов. Дан­

помощью металличе­

ный метод контроля может быть применен для

Нейтроны

выделяются с

типа

277

ских фильтров. Ввиду сильного взаимодейст­

определения

вия нейтронов с водородсодержащими мате­

жений в металлах до появления усталостных

риалами

треLЦИН, нахождения величины и

и

другими

элементами

с

малыми

накопления

усталостных напря­

степени пла­

обращать

стической деформации. Контроль основан на

внимание на используемое оборудование, при­

том, что в начальной стадии усталостных явле­

атомными

номерами

необходимо

способления и ТLЦательно вести подготовку к

ний, когда образуются дислокации, в их облас­

нейтронной радиографии. Держатели, кассеты,

ти

маркировочные знаки и Т.п. должны быть изго­

троны, облучаЮLЦие металл, притягиваются к

появляются отрицательные заряды. Пози­

товлены из материалов, имеюLЦИХ малое сече­

областям расположения дислокаций и взаимо­

ние активации нейтронами, например, кассеты

действуют с

и

(превращении) позитрона и электрона возни­

держатели ~

знаки

из

алюминия,

маркировочные

из кадмия. С поверхности контроли­

-

электронами. При аннигиляции

кают у-кванты. По

количеству у-квантов и

руемого изделия должны быть тщательно уда­

среднему

лены все следы влаги, смазки и загрязнений,

определить начало усталостных нарушений в

содержащих BeLЦecTBa, которые имеют боль­

металле.

шие сечения взаимодействия. Нейтронную

времени

жизни

позитронов можно

Авторадиография. Она

радиографию

используют:

заключается в

регистрации собственного излучения изделия,

при контроле радиоактивных изделий и дета­

в простейшем варианте ОСУLЦествляется поме­

лей, в первую очередь тепловыделяюLЦИХ эле­

щением на поверхность контролируемого об­

ментов ядерных реакторов; контроле деталей

разца мелкозернистой чувствительной фото­

из

пленки, на которой фиксируется распределение

некоторых

легких

материалов,

например,

пластмасс; для обнаружения водородсодержа­

ИОНИЗИРУЮLЦего излучения от близко располо­

LЦИХ

женных

включений

слоистых

в

металлах;

при

многокомпонентных

контроле

материалов

и

тонких биологических образцов.

распространены

Метод

авторадиографии

катов и изделий, содержащих радиоактивные

Для регистрации нейтронного излучения

наиболее

участков.

успешно применяют для контроля полуфабри­

рентгеновские

и

BeLЦecTBa в составе материала или какой-либо его части.

фототехнические пленки и детекторы, состоя­ LЦие из нитроцеллюлозы, слюды и стекла. Для повышения воздействия нейтронов на детектор при меняют специальные экраны ватели,

которые

изготовляют в

виде

Чувствительность к выявлению дефектов методом нейтронной радиографии при ТОЛLЦИ­

мм составляет

10 ... 80

0,5 ... 2 %. Протонная радиография. на использовании

МЕТОДЫ РАДИОСКОПИИ, РАДИОМЕТРИИ И

ТОМОГРАФИИ

однород­

ных тонких пластин или фольги.

не стального изделия

16.3.5.

преобразо­

-

Она основана

потока протонов (а-частиц)

Радиоскопия. Этот метод контроля осно­ ван на просвечивании контролируемых объек­ тов рентгеновским

преобразованием

излучением

редачей этого изображения тикой или телевизионной

на расстояние оп­

техникой для визу­

ального анализа на выходных экранах. Назна­ чение

особенностях распространения

то же, что и радиография.

вия

их с веществом.

служат

Источниками

те же аппараты,

у-графировании.

что

Главной

и

при

протонов

рентгено-

особенностью

и

при­

этого

по

радиоскопического

метода

троль тонких изделий или их частей (типа лис­

в

та, фольги и т.п.), поскольку протоны

сматривать

LЦаются сравнительно

тонкими

слоями.

В от­

дельных случаях протонная радиография обес-

с

3 - 5

руемого

2

в

основном

Целесообразность с

учетом

радиографией

ность радиоскопического примерно в

метода

определяется

сравнению

менения протонной радиографии является кон­

погло­

изображения

объекта в светотеневое или электронное и пе­

для неразрушаЮLЦего контроля и базируется на

и взаимодейст­

с последуюLЦИМ

радиационного

того,

что

чувствитель­

метода

к дефектам

раза ниже, а производительность

раз выше. Этот метод позволяет про­ внутреннюю

изделия

относительно

в

структуру

процессе

входного

его

экрана

контроли­

перемеLЦения со

скоростью

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

278

0,3 ... 1,5

м/мин в зависимости от типа преобра­

к преимуществам этих кристаллов относят:

беззернистую

зователя и толщины изделия.

Б

качестве

радиационного или

преобразователей

изображения

электронное

в

применяют

теневого

светотеневое

флуороскопиче­

ский экран, сцинтилляционный кристалл, элек­

щую создавать

структуру,

детекторы

позволяю­

большой

для эффектной регистрации

толщины

высоких энергий

(15 ...30 МэБ); небольшой промежуток времени ме­

трон но-оптическое устройство и реже электро­

жду свечениями (10-5 ... 10-8 с), что обеспечива­

люминесцентный

ет безынерционность

занимает

экран.

Особое

рентген-видикон,

положение

преобразующий

рентгеновское изображение объекта непосред­ ственно в видеосигнал без потери информации. Флуороскоnические

нанесением центного

на

экраны изготовляют

картонную

вещества

основу

флуорес­

(люминофора),

которое

представляет собой, например, смесь кристал­ лов сульфида цинка

(CdS),

(ZnS)

и сульфида кадмия

активированную серебром. Б результате

процессов

взаимодействия

рентгеновского

и

у-излучений с веществом люминофора возни­ кает люминесценция со свечением в зеленой или

желто-зеленой

Чувствительность

3- 6

части

видимого

контроля

спектра.

оказывается

в

раз ниже, чем при радиографии. Эти эк­

появления

и исчезнове­

ния изображения; удовлетворительное

совпадение

спек­

тра свечения кристалла со спектральной харак­

теристикой

фотокатодов

усилителей

яркости

изображения; большую

плотность

вещества

и

прозрачность для собственного излучения; возможность

получения

сталлов большого размера (до Эти

кристаллы

230

широко

монокри­

мм).

применяют

в

рентгенотелевизионных установках типа «Ин­

троскоп». При их использовании чувствитель­ ность контроля в

2,5 - 2

раза ниже, чем при

радиографии, скорость контроля

1... 1,5

Электролюминесцентные

м/мин.

экраны осно­

ваны на свечении некоторых люминофоров под

раны служат для регистрации электронов, про­

действием

тонов, а-частиц, а также могут быть использо­

Они

ваны

К экрану в местах проводящих покрытий под­

входными

элементами

электронно-оптических

рентгеновских

преобразователей

ставляют ского

собой

кристаллы и

пред­

трия

(NaI), йодистого калия (KI), йодистого цезия (CsI), активированные таллием (Тl). сцинтилляционных

кри­

сталлов основан на способности люминофоров светиться кратковременными вспышками (по­ меньшую

NaI,

МКС ... l нс). Кристаллы яркость

свечения,

CsI

чем

имеют

кристаллы

при воздействии на них одинаковыми до­

зами излучения одной энергии. Однако боль­ шее применение нашли первые из них в связи с

высокой гигроскопичностью кристаллов Сцинтилляционные параметров

превосходят

сокого

электрического

кристаллы

NaI.

по

вызывает его

~3 линий/мм.

то

недостаткам следует от­

нести небольшой промежуток времени между свечениями, а также свечение люминофора, приводящее к

возникновению при

приложен­

ном напряжении первоначального фона, кото­ рый снижает контраст получаемого изображе­ ния. Электролюминесцентныеэкраны, исполь­ зуемые в качестве преобразователей, увеличи­ вают яркость свечения в При

100 раз.

непосредственном

флуороскопический экран

и

наблюдении

сцинтилляцион­

ный монокристалл не могут обеспечить опти­

ряду

мальную для расшифровки яркость изображе­

флуороскопические

ния. Для создания таких изображений приме­

изображения

разрешающая

свечение. К

электролюминесцентных экранов

няют

нов

в

ка резко падает, а на люминофоре возрастает, что

кристаллов

при использовании

сопротивления,

При облучении сопротивление фотопроводни­

экраны, в частности разрешающая способность

CsI 10... 12

Б), ко­

незначительная часть падающего напряжения.

сталлы первого типа на основе йодистого на­

100

(600 ... 800

неорганиче­

ваторами. Наиболее распространены монокри­

рядка

ведено высокое напряжение

поля.

принципу.

органического

(антрацен) происхождения с различными акти­

действия

электрического

следующему

время как на слой люминофора приходится

монокристаллы

(щелочно-галоидные)

Принцип

по

торое падает на фотопроводнике из-за его вы­

(РЭОП) и во флюорографии. Сцинтuлляционные

переменного

работают

линий/мм,

тогда

флуороскопических способность

как

экра­

контроля

специальные

-

усилители

РЭОП (рис.

рентгеновского

16.53).

вмещены флуороскопический экран

Б них со­

6

(преоб­

разователь радиационного изображения в оп­

тическое) и фотокатод

7

(преобразователь оп-

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

279

Рис. 16.53. Схема РЭОП: 2 - свинцовая диафрагма; 3 - просве'lиваемый объект; 4 - стеклянная вакуумная трубка; 5 - алюминиевая подложка; 6 - фЛУОРОСКОПИ'lеский экран; 7 - фотокатод; 8, 9 - выходные экраны; 10- оптика; 11 - передающая телекамера; 12 - анод; 13 - металлическое покрытие; 14 - экран телевизора; ЛЭ - люминесцентный экран источник излучения;

1-

тического изображения в электронное). Полу­

тельность,

прозрачный сурьмяно-цезиевый фотокатод под

диапазон, степень чистоты рабочего поля, вре­

действием свечения люминофора, которое вы­

менное разрешение.

в

количестве,

пропорциональном

разрешения,

динамический

Для РЭОП, регистрирующих кванты про­

зывается рентгеновским излучением, испускает электроны

предел

никающего через контролируемый

объект из­

QQ -это доля

интенсивности света. Электроны, ускоренные

лучения, относительный квантовый выход

по энергии в 104 раз (разность потенциалов

существенный параметр. Величина

25 9,

кВ), фокусируются на выходных экранах где посредством

люминофора

8и

электронное

падающих на преобразователь квантов, обра­ зующих

измеримое

событие,

например

им­

изображение преобразуется в оптическое. У си­

пульс

ление яркости изображения достигается, с од­

меньше единицы. На практике эти события в

ной стороны, увеличением светового потока на

полном

выходном экране в

имеют разные статические веса, Т.е. в фотон­

раз благодаря уско­

-100

ряющему напряжению и, с другой стороны, улучшением светимости выходного экрана

-16

оптического изображения в ние

на

выходном

помощи оптики

11

процессе

регистрации

выход

всегда

почти

всегда

Пределом

разрешения

радиационного

преобразователя называют наибольшее число

штрихов в

1

мм исходного изображения, соз­

при

данного штриховой мирой, которые обнаружи­

или передается телекамерой

ваются раздельно при анализе выходного изо­

экране

1О

раза. Изображе­

4

Квантовый

ных импульсах разное число фотонов.

в

раз в результате уменьшения электронно­

фотонов.

рассматривается

на видеоконтрольное устройство

-

экран

14.

бражения

в

оптимальных

условиях

работы

преобразователя.

РЭОП классифицируют:

Динамический

по схемам организации сбора инфор­ мационных данных на преобразователи

с ис­

диапазон

РЭОП

-

наи­

большее отношение плотностей потока энер­

пользованием широкого, веерного и игольчато­

гии

го пучков;

бражения, при котором на выходном изобра­

излучения

на

двух

полях

исходного

изо­

яркости

жении каждого из этих полей одновременно

на усилители радиационного изображения, Т.е.

обнаруживаются (визуально) объекты заданно­

преобразователи,

го

по

коэффициенту

полнительных

усиления

в которых

источников

посредством

энергии,

не

до­

связан­

ных с ионизирующим излучением, при облуче­ нии

происходит

радиационно-оптическое

пре­

размера,

причем

контрастность

ковое значение для каждого из полей.

Временное разрешение

образование с коэффициентом усиления ярко­

разователя

сти

бражения во времени.

> 1,

и на флуоресцентные экраны с коэффи­

циентом усиления, равным

Основными ся: относительный

на

изменение

-

реакция преоб­

радиационного

изо­

Следует отметить, что все указанные вы­

1.

параметрами

исходного

изображения указанных объектов имеет одина­

РЭОП являют­

квантовый выход, чувстви-

ше параметры взаимосвязаны сложным обра­

зом. Так, относительный квантовый выход

Q

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

280

зависит от размера элемента исходного

ного

изображения,

Т.е.

от

Недостатками рентген-видикона являются

выход­

пространственной

значительная инерционность и низкий динами­

частоты, и неодинаков в разных участках рабо­

ческий

чего

Разрешение

входного экрана не позволяет при менять рент­

РЭОП также разное в различных участках ди­

ген-видиконы для регистрации фотонов в диа­

намического диапазона.

пазоне высоких энергий.

динамического

В установках

диапазона.

РИ-60ТЭ использован

ЭОП (рис.

и

передающей

телевизионной

трубкой

Установка позволяет контролиро­

16.54).

вать толщины до

70

мм при

чувствительности метода

относительной

2.. .4 %.

Ренmген-видиканы сочетают в себе свето­ вую передающую телевизионную дикон)

с

чувствительным

к

излУчению фотопроводящим

камеру (ви­

рентгеновскому

Малая

Радиометрический

мо­

нокристалл, сблокированный с одноканальным

диапазон.

на

просвечивании

толщина

метод.

изделий

(~0,3

Он

мм)

основан

ионизирующим

излучением с преобразованием плотности по­ тока

или

спектрального

состава

прошедшего

излучения в пропорциональный электрический

сигнал.

Любая

система

радиометрического

контроля содержит источник излучения, детек­

тор, схему обработки и регистрации информа­ ции (рис.

16.56).

В качестве источников излу­

слоем на основе

чения применяют в основном у-изотопы, уско­

оксида цинка, оксида свинца, аморфного селена,

рители и реже рентгеновские аппараты. Детек­

сернистой сурьмы и других соединений,

нане­

торами излучения являются главным образом

Под

сцинтилляционные кристаллы с фотоэлектрон­

сенного на алюминиевый диск (рис.

16.55).

-

действием ионизирующего излучения с Фото­

ными умножителями (ФЭУ), реже

проводящего

онные камеры и газоразрядные счетчики.

слоя испускаются

фотоэлектро­

ны, которые ускоряются электрическим

ченный сигнал передается

через телевизион­

ный блок связи на приемную трубку, где элек­

тронное изображение

преобразуется в свето­

вое. Увеличение рентген-видикона составляет

разрешающая способность

2...50',

Узкий (коллимированный) пучок ионизи­

полем

и регистрируются катодом трубки. Далее полу­

30... 50

ли­

ний/мм.

ионизаци­

рующего излучения (см. рис.

16.56)

перемеща­

ется по контролируемому объекту, последова­ тельно просвечивая все его участки. Излуче­ ние, прошедшее через объект, регистрируется

счетчиком,

на

выходе

которого

образуется

электрический сигнал величиной, пропорцио­

нальной интенсивности поступающего излуче­ ния. Электрический сигнал, прошедший через усилитель, регистрируется устройством, кото­

рым могут быть самописец, осциллограф, мил­ лиамперметр и т.д. При наличии дефекта в шве

1

регистрирующее устройство отмечает возрас­

ok

тание интенсивности.

Для увеличения разрешающей способно­ сти метода просвечивать объекты следует как Рис.

16.54.

Прииципиальиая схема устаиовки

РИ-60ТЭ иа моиокристалле:

1-

излучение;

35-

сварное соединение;

монокристалл;

4-

объектив;

передающий блок; б

78-

2-

-

ЭОП;

телевизионная трубка;

информационная телевизионная система

можно более узким пучком. Однако чрезмер­ ное

уменьшение

поперечного

сечения

колли­

матора снижает число фотонов, падающих на детектор. Размеры площади окна коллиматора

у современных радиометрических дефектоско­

пов -1 см 2 • 7

1

[J

-k Рис. Рис.

16.55.

Прииципиальиая схема

реитгеи-видикоиа:

1-

излучение;

35-

8

2-

сварное соединение;

рентген-видикон;

4-

блок связи;

информационная телевизионная система

16.56.

Схема радиометрического метода коитроля:

1 - источник излучения; 2 - коллиматоры; 3 - контролируемый объект; 4 - направления перемещения; 5 - сцинтилляционный кристалл; б - ФЭУ; 7 - усилитель; 8 - регистрирующий при бор

РАДИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Радиометрические

281

методы позволяют оп­

ределить две координаты

дефекта:

протяжен­

ность и его лучевой размер. Разнообразие ти­ пов дефектов, расположение

их случайное не

группирование

позволяют

ное заключение

сделать

и

однознач­

о характере дефекта, так как

различные дефекты могут при водить к одинако­ вому

возмущению

электрического

сигнала

на

выходе детектора. Длину дефекта lдеф опреде­ ляют по следующей формуле: IдеФ = lиvо/(v,-а), где lи

-

протяженность импульса на диаграмм­

ной ленте; УО - скорость контроля; УI - скорость записи; а

лении

-

размер окна коллиматора в направ­

контролируемого

изделия.

дефекты определяют с точностью до Преимущества

чувствительность

Объемные

3... 5 %.

радиометрии:

(0,3 ... 3,0 %),

высокая

возможность

бесконтактного контроля, сравнительно (с ра­ диографией)

высокая

Недостатки:

производительность.

необходимость

перемещения

на

одновременного

одинаковом

расстоянии

невозможность определения

Схема образоваиия томографического

изображеиия:

разные стороны от объекта источника и детек­

тора;

16.57.

Рис.

по

формы

1- рентгеновскаятрубка; 11- объект контроля; 111- кассета с пленкой

и

глубины дефекта; влияние рассеянного излуче­ ния. В промышленности при контроле сталь­ ных изделий толщиной установки

РДР-21; мм

100 ... 1000

20 ... 100

при

мм применяют

толщинах

соответственно

-

70 ... 200

и

РДР-25

и

РДР-IОР и др. Томография. Сущность метода заключа­ ется в получении резкого изображения только тех частей объекта, которые находятся в тон­ ком (~ в

2 мм)

слое на определенной глубине или

нескольких

тонких

слоях,

разделенных

ин­

тервалами заданной толщины (шагом томогра­ фии).

Этого добиваются, например, синхрон­

ным перемещением (рис.

16.57)

рентгеновской

трубки (А] ---> Аз) и кассеты с экранами и плен­ кой (о] ---> аз) относительно пространственно­ го центра качения изображение

о. В результате

выделенного

получают

слоя МN, располо­

женного в плоскости, проходящей через центр

качения. Это изображение представляет собой геометрическое тени

место точек

которых

неподвижны

выделенного по

слоя,

отношению

к

пленке. Таким образом, в томографии исполь­ зуют

эффект

бражения. жение

тельно

нерезкости

изо­

При этом методе синхронное

динамической

дви­

источника

объекта

излучения

и

пленки

позволяет размыть

ния неанализируемых

относи­

изображе­

дефектов или слоя, изо­

в настоящее время широко используют

вычислительную томографию. Она реализует возможность решения обратной задачи интро­

скопии: по объемной информации об интен­ сивности

прошедшего

в

различных

направле­

ниях излучения найти распределение линейно­

го

коэффициента

ослабления,

плотностью материала внутри

связанного

с

контролируемо­

го объекта. Томограммы по сравнению с обыч­ ным

рентгеновским

изображением

гораздо

более информативны, поскольку детально по­ казывают внутреннюю геометрическую струк­ туру,

распределение

состава

обычной

плотности

материалов,

что

радиографии.

и

элементного

невозможно

Повышенный

при

объем

информации в рентгеновской вычислительной томографии получается благодаря применению большого числа

(250 ... 500)

первичных преоб­

разователей, непрерывного вращения системы преобразователь

-

детектор вокруг объекта на

3600. Томографы

дают

возможность

многие задачи неразрушающего

интроскопии,

параметров

так

и

количественной

различных

решать

контроля

объектов.

-

как

оценки

Сейчас

их

широко применяют для контроля объектов с

бражения которых в обычно принятом методе

небольшим затуханием излучения, в частности,

радиографии

для

накладываются

друг на друга, и

более резко выделить изображение,

проверяе­

мое на предмет обнаружения дефекта или слоя.

контроля

композитов,

зины и Т.П. толщиной до до

1,5

м при разрешении

углепластиков,

20

ре­

мм и размером

по плотности

0,2 %.

Глава lб.НЕРА3РУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

282

Необходимо отметить, что при использовании

томографов

относительная

чувствительность

контроля при выявлении объемных дефектов в пластмассах

0,2 ... 0,4 %,

тогда как для радио­

графии этот показатель равен

3 .. .4 %.

щью

обнаруживаются

томографов

уверенно

трещины с раскрытием

С помо­

мм, что на

0,01 ... 0,02

порядок выше, чем при обычной радиографии.

В

промышленности нашли применение

отечественные и

BT-IOOO

вычислительные

BT-1500,

томографы

в которых изделие враща­

ется, а источник либо неподвижен, либо со­ вершает угловое перемещение. В качестве ис­ точника излучения используют рентгеновские

аппараты, а в последних

-

линейные ускорите­

ли, микротроны, бетатроны с энергией излуче­

ния

1... 10

16.4.

многократное

ях величины используются смещение частиц из

положения равновесия

повторение

колебаний

распространения

на­

одинаковых

в среде именуют

волны,

называют

лучом,

а

границу, определяющую колеблющиеся части­ среды,

еще

не

начавших

В

ультразвуковой

обычно

используют

которое совершается

меряется в секундах. Величину

полный

сколько раз

в

f

=

1 / Т, пока­

секунду

повторяется

колебание, называют частотой и измеряют в c· l . Величина

Ш,

(УЗ)

дефектоскопии

колебания

с

частотой

Интенсивность волны

1 равна

показывающая

число

полных

оборотов точки по окружности за 2Т с, называ­

ется круговой частотой ffi =

2n /

Т=

2n! и

из­

меряется в радианах в секунду (рад/с). Фаза волны

-

плотность среды, в которой распро­

-

используемых

для

кон­

фектоскопии регистрируют не интенсивность,

а амплитуду волн А. Обычно измеряют ослаб­ ление амплитуды А' относительно амплитуды возбужденных В изделии колебаний А о (зонди­

рующего импульса), Т.е. отношение А

А о . Для

I /

этого применяют логарифмические единицы

децибелы (дБ), Т.е. А' / А о =

-

20 Ig А' / А о .

Типы волн. В зависимости от направле­

ния колебаний частиц относительно луча раз­

цикл колебаний, именуется периодом Т и из­ зывающую,

и акустическое давле­

0,5 15 МГц (длина продольной волны в стали 0,4 12 мм) и амплитудой смещения 10·11 ... 10·4 мм (возникающие в стали на частоте 2 МГц акустические напряжения 10 ... 108 Па).

коле­

фронтом волны.

Время, за

u

ниер.

Интенсивность

волновым. Линию, указывающую направление

-

пе­

стве. В качестве изменяющейся при колебани­

где р

или близких к одинаковым процессам. Процесс

частиц

u

троля волн очень мала (_10·5 вт/м 2 ). При де­

и волны. Колебаниями

распространения

от

Из формулы видно, что величина

риодически изменяется во времени и простран­

страняется волна.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Колебания

цы

- волновое число; и - амплиту­

1 = р2 /(2рс) ,

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ

16.4.1.

баться,

k = 2n / л.

МэВ.

КОНТРОЛЯ

зывают

где

да колебаний.

личают несколько типов волн.

Продольной волна,

в

которой

отдельных

частиц

правлении,

в

(рис.

называется

колебательное происходит

котором

в

такая

движение

том

же

распространяется

на­

волна

16.58). Продольная волна характеризуется тем,

что в среде чередуются области сжатия и раз­ режения,

или

давления,

это параметр, показываю­

волной

повышенного

или

повышенной

и

пониженного

и

пониженной

плотности. Поэтому их также называют волна­

щий, какая часть периода прошла с момента

ми давления, плотности или сжатия. Продоль­

начала последнего цикла колебаний.

ные

Длиной волны Л. называют минимальное расстояние

между

двумя

точками,

волны

могут распространяться в

твердых

телах, жидкостях, газах.

колеблю­

щимися в одинаковой фазе. Длина волны свя­

зана с частотойfи скоростью с соотношением: Л.

= с /f

вдоль

Плоская волна, распространяющаяся

горизонтальной

оси

Х,

описывается

I

формулой

u = и COS (ш! - kx) ,

(16.5)

Рис.

16.58.

Колебание частиц среды

в продольной волне

v

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Сдвиговой (поперечной) называют такую волну, в лются

которой

в

направлении,

направлению этом

(рис.

между

колебаний

колеб­

перпендикулярном

распространения

расстояние

стями

отдельные частицы волны.

отдельными

остаются

к

Поскольку в металлах

v '" 0,3,

то между

продольной и поперечной волной существует соотношение

При

С, '" 0,55с/.

плоско­

неизменными

16.59).

Поверхностнымиволнами (волнами Рэ­ лея)

Продольные и

283

называют упругие

волны,

распростра­

поперечные волны, полу­

няющиеся вдоль свободной (или слабонагру­

чившие обобщенное название «объемные вол­

женной) границы твердого тела и быстро зату­

ньm,

могут

существовать

внеограниченной

хающие с глубиной. Поверхностная волна яв­

среде. Эти волны наиболее широко применя­

ляется комбинацией продольных и поперечных

ются дЛЯ УЗ дефектоскопии.

волн. Частицы в поверхностной волне совер­

Скоростью распространения

звуковой

волны С называется скорость распространения

определенного состояния в материальной среде

(например, сжатия

или разрежения для

про­

дольной волны). Скорость звука для различных типов волн различна, причем для продольной и поперечной волн она является характеристикой

шают колебательное движение по эллиптиче­ ской траектории (рис. липса

распространения

этом

Поверхностная волна имеет скорость

+

0,87 1,12У =---'------'---

С

Для металлов Cs '" 0,93с, '"

мы фронта различают следующие виды волн:

модуль Юнга, определяемый как отно­

шение между величиной растягивающей силы,

коэффици­

v-

-

цилиндрическую

небольшом

ние изменения

маленького диаметра;

к

изменению

плоскую

его длины, если растяжение стержня проводит­

ся по длине; р

-

ченном

твердом

теле

выражается

на

не­

-

звуковую

от

собой

волну

источника

длинный

на

звука,

цилиндр

ее может излучать бесконечно

колеблющаяся плоскость.

плотность материала.

Скорость сдвиговой волны В

-

расстоянии

представляющего

стержня

волну

звука;

ент Пуассона, представляющий собой отноше­ ширины

звуковую

большом расстоянии от точечного источника

приложенной к некоторому стержню и возни­

кающей при этом деформацией;

0,51 С/.

В зависимости от геометрической фор­ сферическую

-

(16.8)

1+у

s

(16.6)

+ у)(1- 2У)

границе.

с глубиной изменяется.

продольной

Е(1-У)

к

продольная составляющая затухает с глубиной

ляется выражением

где Е

Большая ось эл­

быстрее, чем поперечная, вытянутость эллипса

волны в неограниченном твердом теле опреде­

р(1

16.60).

перпендикулярна

Поскольку входящая в поверхностную волну

среды, не зависящей от параметров УЗ волны. Скорость

при

неограни­

следующим

Давление

в

сферической

или

плоской

звуковой волне определяется соотношением:

образом:

(16.9)

р=рсу,

(16.7)

где

v-

величина колебательной скорости.

Величина рс

= z

называется акустиче­

ским сопротивлением или акустическим импе­ дансом.

v )

Рис.

16.59.

Колебание частиц среды

в поперечной волне

v

Рис.

16.60. Колебание

частиц среды

в поверхностной волне

v

284

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Если акустическое сопротивление имеет

ных волн.

Различные типы волн, существую­

большую величину, то среда называется жест­

щие

кой, если же импеданс невелик,

модами нормальных волн. Волны с нечетны­

мягкой (воз­

-

дух, вода).

различных

называют

упругие

няющиеся в твердой

волны,

распростра­

пластине (слое) со сво­

бодными или слабонагруженными границами. Нормальные волны бывают двух поляризаций: вертикальной и горизонтальной. Из двух типов волн наибольшее применение в практике полу­ чили волны Лэмба

тикальной

-

нормальные волны с вер­

поляризацией.

Они

возникают

так

как

значениями

ми (рис.

Для уяснения физической сущности волн вопрос

образования

нормальных волн в жидком слое (рис.

Пусть на слой толщиной

плоская волна под углом вает

13.

Линия В

AD

показы­

результате

преломления на границе, в слое возникает вол­

на с фронтом св, распространяющаяся под и

претерпевающая многократные от­

ражения в слое.

При определенном угле падения

13

волна,

отраженная от нижней поверхности, совпадает

по фазе с прямой волной, идущей от верхней поверхности. ния

Это и есть условие возникнове­

нормальных

волн.

Угол

а,

при

котором

происходит такое явление, может быть найден

из формулы

n-

целое число; А2

-

( 16.10)

длина волны в

слое.

Для твердого слоя сущность явления (ре­ зонанс объемных

наклонным

к

критиче­

границе раздела, на границу па­

продольные

волны

с

углами,

не­

вого критического. При этом в стали возбужда­ ется ряд типов УЗ волн.

Вдоль поверхности распространяется не­ однородная продольно-поверхностная волна

(рис.

16.63).

ностной

и

Эту волну, состоящую из поверх­ объемной

компонент,

называют

также вытекающей, или ползучей. Частицы в этой

волне движутся по траекториям в виде

эллипсов,

близких

к

окружностям.

Фазовая

скорость вытекающей волны с. незначительно

превышает скорость продольной волны (для

стали с.

==

1,04с/).

Эти волны существуют на глубине, при­ мерно равной длине волны, и быстро затухают при

распространении:

амплитуда

волны

зату­

хает в 2,7 раза быстрее на расстоянии 1, 75л. вдоль поверхности. Ослабление связано с тем,

волн

при

наклонном

ются ным

поперечные третьему

волны

ря наличию в пластине продольных и

критическому

К вопросу возиикиовеиия иормальиых воли в слое жидкости

углу,

а/

2

, рав-

называемые

соотношения

паде­

попереч-

под углом

боковыми вОЛ1lа.ми. Этот угол определяется из

~

(16.11)

С/ 2

нормальных волн очень усложняются благода­

16.61.

преобразователем

которого ориентирована под первым

нии) сохраняется. Однако условия образования

Рис.

антисимметричны­

что в каждой точке границы раздела генериру­

hcosa=nA2/ 2 . Здесь

называют

имеет неплоскую форму. От излучателя. ось

16.61).

падает извне

h

фронт падающей волны.

углом а

симметрично

фронт УЗ волны излучающего пьезоэлемента

также

рассмотрим

них

сколько меньшими и несколько большими пер­

волнами внутри пластины.

пластинах

n

контроля

дают

отраженными

в

Головные волны. В реальных условиях

УЗ

дающей

многократно

частиц

16.62).

углом

с

называют

относительно оси пластины. Волны с четными

ским

волны

n,

значениях

именуют симметричными,

движение

вследствие резонанса при взаимодействии па­

в

n

ми значениями

Нормальными, или вО.7на.ми в пласти­ нах,

при

ДЛЯ стали а'2 =

Рис.

16.62.

33,50.

Колебаиие частиц среды

в иормальной волне

v

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

285

А,оБ

ПЭ Прооольно-поВер)(носmна11 Волна

ПоопоВер)(

\

\носmна1l

\проОо.ль-

Iная Во.лна

Рнс.

16.63.

Акустнческое поле преобразователя головной волны:

ПЭП

о Рис.

16.64.

h,MM

в зависимостн от глубины залегания

пьезоэлектрический преобразователь

-

10

5

Амплитуда отражения головной волиы плоскодонных отверстий

Кроме вытекающей возбуждается также головная

волна,

получившая

широкое

приме­

нение в практике УЗ контроля. Головной назы­ вают

продольно-подповерхностную

волну,

возбуждаемую при падении УЗ пучка на гра­ ницу раздела под углом, близким

к первому

критическому. Скорость этой волны равна ско­ рости продольной волны. Своего амплитудного значения

головная

волна

достигает

верхностью вдоль луча с углом ввода

под

по­

780.

Головная волна, как и вытекающая, поро­

ждает боковые поперечные волны под третьим критическим углом к границе раздела. Одно­ временно с возбуждением продольно-поверх­

Рис.

16.65.

Измеиение иаправленности УЗ пучка

ностной волны образуется и обратная продоль­ но-поверхностная упругого

-

волна

возмущения

в

от параметра а!

распространение

сторону,

противопо­

ближней зоной или зоной Френеля, УЗ пучок

ложную прямому излучению. Ее амплитуда в

почти не расходится. Протяженность этой зоны

-100 раз меньше амплитуды прямой волны.

rб для призматического искателя

Головная волна нечувствительнак неров­ ностям поверхности и

реагирует лишь на де­

r

б

фекты, залегающие под поверхностью. Ослаб­ ление

ной

амплитуды

волны

вдоль луча любого направления

ной волне, Т.е. пропорционально 1

/ r,

где

r-

где а

-

туды

на

разной

отверстий,

глубине.

Чувстви­

тельность к дефектам вблизи поверхности близ­ ка к нулю. Максимальная амплитуда при рас­ стоянии

20

мм достигается для плоскодонных

отверстий, расположенных на глубине

6 мм.

Высокая направленность. используют

излучателя

ПЭП,

При УЗ кон­

у которых

(пьезопластины)

гораздо

размеры

лучателя

направленным

(рис.

16.65),

угол ввода в

металл.

(16.12)

справедливо в области

/3крl :5 /3 :5 /3КР2, где /3крl и /3кр2 - первый и вто­ r > rб начинается

рой критические углы. При

постепенное расхождение УЗ волны, плоская волна

переходит

в

сферическую.

Эта

зона

называется дальней зоной, или зоной Фраун­

гофера. Угол расхождения определяется выраже­

. л. . с е = аrсsшО,61= аrсsшО,61-. а

больше

длины волны УЗ. Благодаря этому УЗ распро­ страняется

- длина волны -

нием

16.4.2. СВОЙСТВА УЗ КОЛЕБАНИЙ

троле

угол призмы; а

Выражение

показано изменение ампли­

эхосигнала от плоскодонных

расположенных

/3 -

(16.12)

л.

радиус пьезоэлемента; л.

в изделии;

расстояние вдоль луча.

16.64

(acosa/ cos /3)2

продольно-подповерхност­

происходит как в обычной объемной продоль­

На рис.

=

пучком. Вблизи из­

на участке, называемом

Как видно из выражения

а!

(16.13),

(16.13) направ­

ленность УЗ пучка тем выше, чем больше про­ изведение

радиуса

излучателя

а

на

частоту

Глава

286

16.

излучаемых

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

f

колебаний

Благодаря

этому

свойству (высокой направленности) ультразву­ ком можно контролировать большие толщины (до

м). При распространении

10

УЗ волн от

источника их интенсивность падает.

Затухание УЗ. В выражении для плоских УЗ волн, так же и в основном уравнении дви­ жения упругой среды, не учитывается ослабле­

ние волны, связанное с затуханием УЗ. В реаль­ ных

средах

по

причине

внутреннего

Рис.

трения,

тов затухание УЗ имеет существенное значение. Коэффициент затухания складывается из

коэффициентов поглощения

Т.е.

8" и рассеяния 8 р ,

8 = 8" + 8 р .

При поглощении звуковая энергия пере­

ходит

в

тепловую,

а

при

рассеянии

16.66. Схема

распростраиеиия УЗ волн

в поликристаллическом твердом теле

неидеальных упругих свойств и других эффек­

л бы

'"

D рассеяние УЗ очень велико. Он как проникает, диффундирует между отдель­

ными кристаллами. Это область диффузного рассеяния.

Особенно

остается

велико

затухание

при

л

::

страняющейся волны в результате отражений

'" (2.,.4)D. Здесь к диффузному рассеянию добавляется поглощение. На рис. 16.67 показа­

на границах зерен и неоднородностеЙ.

но затухание продольной и поперечной волн в

звуковой,

но уходит из направленно-распро­

Поглощение звука в твердых телах обу­

зависимости от частоты.

словливается в основном внутренним трением

и

теплопроводностью.

Поглощение

попереч­

ных волн меньше, чем продольных, так как они

не

связаны

с

адиабатическими

изменениями

объема, при которых появляются потери на теплопроводность. Коэффициент поглощения в

твердых телах пропорционален / (стекло, био­

логические ткани, металлы) или

/2

(резина,

пластмассы).

В монокристаллах затухание определяет­ ся поглощением УЗ. Металлы, применяемые на практике,

имеют

поликристаллическое

строе­

При л >

D.r

8

про­

порционален (рэлеево рассеяние). При 4D ::5 л ::5 10D коэффициент затухания пропор­ ционален произведению D/ 2 . Наименьшее затухание будет при л:::: (20 . .,100)D. Если это условие

выполняется, то

можно

контролиро­

вать изделия толщиной 8... 1О м.

Значение

8

в большой мере определяет

частоту УЗ колебаний. С одной стороны, с уве­

ние, и в них обычно затухание определяется

личением

прежде всего рассеянием.

нала

В кристаллах ско­

(8 . .,10)D происходит рассеяние

УЗ мелкими зернами и коэффициент

частоты

вследствие

возрастает

улучшения

амплитуда

сиг­

направленности

рость звука имеет разное значение в зависимо­

излучения, а с другой, уменьшается амплитуда

сти от направления

сигнала из-за увеличения затухания.

его распространения

отно­

сительно осей симметрии кристалла. Это явле­ ние называют упругой анизотропией. В куске металла кристаллы ориентирова­ ны различным образом, поэтому при переходе

1,5

УЗ из одного кристалла в другой скорость зву­ ка может изменяться в большей или меньшей степени.

В

отражение, УЗ,

что

(рис.

16.66).

результате

возникают

преломление

обусловливает

и

рассеяния

0,6

Большое влияние на коэффициент рас­ сеяния

в

При л как

0,3

металлах оказывает отношение сред­

ней величины зерна

« D

одним

D

tJ't

-j

/

f 01/

0,9

трансформация

механизм

I

1,2

частичное

О

и длины волны УЗ Л.

~

2

]J=O,05 (ЖеМЗ0)

~ ;......--'

lf

6

в

f,МГЦ

звук поглощается каждым зерном большим

кристаллом,

затухание

определяется в основном поглощением.

При

Рис.

16.67.

Зависимость коэффициеита затухания

продольной (8д и поперечиой (8/) волн от частоты

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

287

Угол, при котором исчезает преломлен­

Трансформацня УЗ колебаннЙ. При на­

клонном падении (под углом ~) продольной

ная продольная волна (а, =

волны из одной твердой среды на границу с

первым критическим углом ~Kp\ (рис.

другой твердой средой на границе раздела про­

~KPI =

исходят отражение, преломление и трансфор­ мация (расщепление) волны, и в общем случае возникают еще четыре волны:

-

ные

соответственно продольная

и

ветственно

cz\

С!

и

И

и С/\ (рис.

однако

от

все

одной плоскости

две

-

отраженные

16.68). и

Направления

преломленных

направления

эти

падающей

направления

лежат

в

плоскости падения.

Плоскостью

падения

называют

плос­

кость, образованную падающим лучом и нор­ малью к отражающей поверхности, восстанов­

второй

но углами падения, отражения и преломления.

Углы

отражения

и

преломления

зависят от

скорости звука в обеих средах и связаны между

критический

arcsin С/ 1

~Kp2 =

/

~KP2

900), 16.69, 6),

(рис.

С/ .

При ~KP! :5 ~ :5 ~Kp2 В среде 11 преимуще­ ственно

распространяется

Для пары плексиглас

:::: 590.

поперечная

- сталь ~Kpl

::::

Из этих соображений углы призмы пре­

В случае падения

поперечной

30 ...550.

границу раздела сред возможен

волны

случай,

это

в). Угол, при котором выполняется

16.69,

условие,

~Kp3 =

называют

третьим

критическим

arcsinc/ / С,. ДЛЯ стали он равен 33030'.

Отражение УЗ. Коэффициентом

жения по давлению

Rp

давления в отраженной волне к давлению в па­ дающей волне. При падении волны по нормали

С/!

sina

С,

где

С/

Эффективность преломления определяет­ отношением

даюшей волн:

n

скоростей

прошедшей

Z,

и

Z2 -

и

нию

называют отношение давления в nро­

Dp

шедшей волне к давлению в падающей волне:

D =Рпр =~ .

па­

n,

(16.16)

р

= С пр / Спад, называемым коэф­

фициентом преломления. Чем больше

акустические сопротивления.

Коэффициентом прохождения по давле­

(16.14) ся

отра­

называют отношение

(16.15)

sin~ sin~, sin~/ sina, - =--=--= --С'I

Рп

тем

Z\ +Z2

сильнее преломляется падающий луч, поэтому прошедшая значительнее,

продольная

волна

преломляется

чем поперечная.

5) [

D д) Рис.

16.68. Траисформация

на

когда

продольная отраженная !'олна отсутствует (см. рис.

собой законом Снеллиуса:

С'\

волна.

280, а ~кp2::::

образователей выбираются в пределах

ленной в точке падения луча. Углы, образован­ ные с этой нормалью, называют соответствен­

16.69, а),

/ С, . Угол, при котором исчеза-

ет преломленная поперечная волна (а , =

-

со скоростями соот­

отраженных

отличаются

волны,

С/,

поперечная

распространения

волн

две преломлен­

продольная и поперечная со скоростями

arcsin С'\

называют

900),

УЗ волиы иа граиице

раздела двух твердых сред

J

и

Jl

Рис.

16.69. Образование а

-

первого; б

-

крнтических углов:

второго; в

-

третьего

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

288

Из формулы (lб.] 7) видно, что чем боль­

В качестве при мера рассмотрим падение плоской продольной волны на границу сталь

-

Rp

=

4,б)

(0,15 -

Dp

=

/ (0,15 + 4,б)

2·0,15/ (0,15 + 4.б)

= -

0,937;

отраженной волне составляет шедшей б,3

«-»

сопротивления

давления

%

в

93,7 %,

а в про­

падаюшей

Если волна падает из воды, то в формулах

тельно,

и

21

22,

падающая

и

отраженная

волны

2

в

раза больше, чем

в падающей

раздела

двух

сопротивлением,

отличающимся

сред.

от

со­

Ниже приведены коэффициенты отраже­

ния по интенсивности ны

на

границе

(в

R

между

%) продольной вол­

сталью

заполняющими

и

некоторыми

полости

дефектов

сварки.

Коэффициентыотражения границы стали с другими материалами

Газ

100,0 88,00 90,00 0,26 31,00 16,00

Вода

Трансформаторное масло

(см. рис. lб.70. б). Коэффициенто.и отражения по

интен­

Медь

сивности называют отношение интенсивностей

Кварц

отраженной

Шлак АН-348

и

границы

противления контролируемого материала).

имеют

одинаковые фазы. Давление в прошедщей вол­ не почти

от

поэтому оказывается

1,937. Так как R" положи­

=

ским

средами,

к фазе падаюшей волны (рис. Iб.70, а).

+0,937, Dp

отразится

Этим условием определяются и возможность, и

волне.

противоположную по отношению

меняются местами

ны

ности материала (включений среды с акустиче­

означает, что фаза отраженной волны

меняется на

=

акустические

эффективность выявления нарушений сплош­

= 0,Об3.

Если перевести в проценты, то давление в

R"

отличаются

сред, тем большая часть энергии звуковой вол­

вода:

Знак

ше

падающей

волн.

При

падении

волны по нормали

Отсюда видно, что шлаковые включения

будут выявляться гораздо хуже дефектов таких

(16.17)

же

размеров,

Приведенные

но

с

воздушным

значения

заполнением.

справедливы

для

не­

сплошностей, размеры которых намного боль­ Кuэффициент сивности

-

это

прохождения

отношение

по

интен­

интенсивностей

прошедшей и падающеii вО.7Н. Его нельзя полу­

чить

возведением

в

квадрат

коэффициента

прохождения по давлению. По закону сохране­ ния энергии

ше длины волны. Если же размеры несплошно­ сти

в

направлении,

лучу,

значительно

перпендикулярном меньше

длины

к УЗ

волны,

то

волны огибают несплощность без существен­ ного отражения. Для получения заметного от­ ражения достаточно, чтобы размеры ее были соизмеримы с длиной волны.

D= l-R.

( Iб.18)

При малой толшине несплошности доля отраженной от нее энергии определяется также

Сталь р

8аоа

1.937

Сталь

величиной

раскрытия

в

направлении распро­

странения волны. Так, если в среде с акустиче­

ским сопротивлением 21 имеется тонкий слой включения

из

материала

с

акустическим

со­

противлением 22, то коэффициент отражения по

интенсивности

при

нормальном

падении

звуковой волны

Рис.

16.70.

(] б.19)

~)

й)

Величииа звукового давлеиия при

отражен ин на границе сталь

-

вода.

Падающая волна: а

-

в стал и; б

-

в воде

где

8-

толщина слоя; А2

-

длина волны в слое.

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Из приведенного

выражения

видно, что,

2

если D ---> "'2 / 2, то ctg 2пБ / "'2 ---> 00 И R ---> О. в тех случаях, когда D---> "'2/4, ctg2 2пБ / "'2 ---> О.

Практически заметное уменьшение коэффици­ ента отражения от слоя воздуха в

нается при При

Если в металле имеется шлаковое вклю­ чение,

то,

подставив

ния в формулу

соответствующие

значе­

получим, что в зависи­

(16: 19),

мости от его толщины коэффициент отражения

от него УЗ колебаний О вами,

при

< R < 0,47. Иными сло­

определенной

толщине

шлаковое

включение может быть звукопрозрачным, Т.е. не отражающим УЗ волны. В процессе термической обработки или под влиянием других деформаций шлак разру­ шается и постепенно отделяется от поврежден­

ного металла (рис.

16.71).

Вследствие этого УЗ

отражается от границы сталь

газ. Коэффици­

-

ент отражения УЗ волны при этом резко воз­ растает,

достигая

лентного

единицы.

размера

Оценка

дефекта

по

эквива­

этой

причине

также увеличивается, в то время как его реаль­

ный размер остается неизменным. Таким слоя

образом,

зависит

от

отражение

отношения

от

длины

тонкого волны

к

толщине слоя и тем эффективнее, чем больше различие акустических сопротивлений слоя и

окружающей среды. Расчет по формуле

(16.19)

показывает, что трещина в стали, заполненная

воздухом и имеющая раскрытие всего в

должна отражать

1

ношения чащих

рис.

заполнена

маслом,

то

наклонном акустических

сред,

t"7Uлак й)

Шлак

11) Рнс.

сред

волны

-

На

границу раздела двух и

напряжения, ори­

ентированные только в плоскости падения (см.

рис.

16.69).

частиц в

Следовательно, векторы смещения

отраженных и

преломленных волнах

лежат в этой же плоскости. В продольных вол­ нах векторы смещений направлены вдоль на­ правления

речных

-

распространения

волны,

а

в

попе­

перпендикулярно к ним. Таким обра­

зом, в данном случае поперечная волна линей­ но-поляризованная в плоскости падения.

В реальных условиях, когда излучатель продольной волны имеет ограниченные разме­ ры, на линейно поляризованную поперечную волну,

вводимую в изделие, накладывается так

мкм,

, 7

80

для

~O,O 1 мм.

о

1/

(Хl

,1

~II

)

V l/ ~

IJзt ,

~ 1--

10 го 30 '1-0 50 I3 t ,'а)

о

I I

0,1+-

I Z

0,3

Ш

O,Z

-.

г\. Dl , tz

r-. Dt,lz

""" )v

0,1 °t,tt

о

УЗ волн от

10

,

1'. . . .

\

I

го ЗО '1-0 50 J3 L / О)

шлакового включенни: а

на

возникают смещения

W

16.71. Отраженне

грани­

падения.

Поляризация УЗ. При падении плоской продольной

20

-

угла

контактного слоя масла близка к нулю).

'1-0

сmалыl

от

дольной волны из оргстекла на сталь (толщина

чтобы

было

сопротивлений

и

тов прозрачности по энергии при падении про­

60

трещины

так

коэффициенты

зависят как от соот­

показана зависимость коэффициен­

отражения той же части энергии необходимо, раскрытие

падении

и прозрачности

16.72

90 % энергии падающих на 2,5 МГц. Если же трещи­

минеральным

стали начи­

D::::: 10·4 мм.

отражения

нее УЗ волн частотой на

289

шлак имеет плотное сцепление с металлом'

б - по границе металл - шлак образовалась газо~ая прослойка;

1-

зондируюший эхоимпульс;

от несплошности;

10 - 10498

3-

2-

эхоимпульс

донный эхоимпульс

Рис,

16.72.

Углы отражении, преломлеиии (а) и

коэффициеиты прозрачиости

(6)

при падении

продольиой волны нз оргстекла иа границу со сталью

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

290

называемая

естественная,

или

неполяризован­

цы, то можно показать,

что от границы распро­

ная, поперечная волна. Она возникает в связи

страняются

со

стью С, и поперечная со скоростью С/. Коэффи­

случайными

изменениями

каких-либо

две

волны:

продольная

свойств излучателя УЗ, например неравномер­

циенты

ностью

можно найти из соотношений

распределения

верхности

пьезомодулей

пьезопластины

локальными

нарушениями

ных поверхностей.

или

по­

отражения

этих

волн

по

скоро­

смещениям

случайными

плоскости

Колебания

по

со

контакт­

частиц в таких

волнах лежат в плоскости, перпендикулярной к направлению

распространения

волны,

но

с

(16.21)

равной вероятностью могут быть ориентирова­ ны в любом направлении этой плоскости. Для оценки степени поляризации по ана­

R,v

2с/ cosp tg 2р

= _

2

.

~C/2 -СГ siп Р . tg 2P+cz cosp

логии с оптикой введен коэффициент

2

(16.22) где А mах и повороте

A min

У-срезка или электромагнитный акустический

900.

Коэффициент

поляризации

ляризованной волны Р =

1,

1

(кварц

преобразователь) в плоскости фронта регист­ рации волны на

в данном случае R эфф = R/v

сигналы, измеренные при

-

приемника-анализатора

линейно

по­

волны с круговой

На рис.

приведены

16.73

1·

графики, рас­

считанные по этим формулам. Видно, что при угле падения, близком к третьему критическо-

му (когда С; плитуда

- сг sin р = о ), резко падает ам­

поперечной

и

возрастает

амплитуда

поляризацией Р = О, а эллиптически поляризо­

продольной волн. При углах падения, больших

ванной волны (ее понятие будет дано ниже)

третьего критического, Rz == О, IR/v I= 1. При

имеет промежуточное значение. Эксперимен­ тами

показано,

что

соотношение

амплитуд

линейно поляризованной и естественной час­

тей ~ЗО дБ. Таким

образом,

во всех случаях,

пред­

ставляющих интерес, можно считать, что попе­ речная волна, вводимая в изделие наклонными

пьезопреобразователями, линейно поляризова­

этом коэффициент отражения

R/V

становится

комплексным числом, что физически означает изменение фазы отраженной волны. Здесь воз­ можно

незеркальное отражение (рис.

проявляюшееся ражении.

16.74),

в смещении УЗ пучка при от­

Чем ближе угол падения к третьему

на в плоскости, перпендикулярной к границе раздела сред.

Такая волна называется вертикально по­

ляризованной, или sv-волной. Если предполо­

0,8

жить, что частицы в поперечной волне колеб­ лются

Т.е.

перпендикулярно

вдоль

волна

границы

называется

к

плоскости

раздела

двух

\

v

ltRt

1\

падения,

сред,

то

эта

0,6

горизонтально поляризован­

ной, или sн-волной. Подобные волны могут быть реализованы специальными преобразова­

\

0,4-

х·

телями, которые рассмотрим далее. Для того

чтобы назвать поперечную волну SН-поляри­ зованной,

необходимо

ориентацию

отражателя

учитывать

О, 2

взаимную

(неоднородности)

и

~/

плоскости поляризации волны.

Остановимся

подробнее

на

вычислении

о

коэффициента отражения поляризованной вол­ ны от свободной плоскости границы упругой

Рис.

среды. Назовем его R эфф . Если волна верти­

RV

кально поляризована относительно этой грани-

16.73.

IЯL

I

IL:.:.L_ R -о

10 20 30 '+0 13, о

Изменение коэффициента отражения

в зависимости от угла падения поперечной волны р

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

.1z, мм

291

элементарную сферическую волну. Результи­ рующей бесконечного числа таких элементар­

ных

9 I-\----I------'-------L.---I 6

r-r----+-

Jr--~.-t-

~ i1z I

I

55

65

сферических

существующую

волн,

волну,

дающей

фактически

является

огибающая

всех вторичных волн.

Так, если плоская волна встречает на сво­ ем пути звуконепроницаемую преграду с точеч­

75

ным

отверстием,

то

она

распространяется

по

другую сторону преграды в виде сферических волн,

расходящихся

от отверстия

преграды

от нового точечного источника (рис.

-6 L - _ - - - L_ _L--_--'-_~ Рис.

16.74.

Измеиеиие величииы смещения

как

16.75, а).

Если на пути распространения УЗ коле­

6.z от

угла ввода поперечной волны:

баний имеется препятствие, то колеблющиеся частицы среды, расположенные по краям

пре­

пятствия, создают сферические волны, которые

1 - f = 1,8 МГц; 2 - f = 2,5 МГц

распространяются в зоне геометрической тени препятствий (см. рис.

16.75,6).

критическому, тем больше амплитуда неодно­

Дифракция проявляется в очень сильной

родной волны. Коэффициент отражения гори­

степени, если размеры преграды невелики по

зонтально

сравнению с

поляризованной

независимо

от

угла

поперечной

падения

Поэтому использование

равен

волны

размеры препятствия равны длине волны или

такой волны при вы­

меньше ее, то лучи огибают препятствие, не­

явлении дефектов предпочтительно.

Дифракция

УЗ. В основе

сколько рассеиваются и значительного отраже­

большинства

способов, которые применяют в практической

УЗ дефектоскопии, лежит использование зако­ нов

так

называемой

геометрической

оптики

(ГО). Это означает, что звуковые лучи распро­ страняются

по прямым линиям,

а если попада­

ния в этом случае не наблюдается. В современной УЗ дефектоскопии под дифракцией

явления, описываемые законом Снеллиуса. Однако сушествуют такие области на гра­

такие условия взаимодействия УЗ волны с объ­ когда

возникаюшие

явления

но объяснить только законами

невозмож­

ГО. Так, если

такие

особенности

с границами разделов, которые не могут быть объяснены законами ГО. ДЛЯ

практической дефектоскопии наи­

большее значение имеют четыре случая, или четыре типа дифракции.

ницах раздела двух сред (в частности, в области

на несплошностях в объекте контроля), а также

понимают

распространения УЗ волн и их взаимодействия

ют на границу раздела, то на ней происходят

ектом,

длиной звуковой волны. Если

единице.

Первый

1. при

тип

взаимодействии

дифракции

УЗ

краями несплошностей,

трещин

(рис.

трещины

16.76,

становится

волны

возникает

с

острыми

в частности с краями

а).

В этом случае край

вторичным

излучателем,

при распространении УЗ колебаний на их пути

работает как точечный источник и возбуждает

встречается

препятствие,

сферическую УЗ волну. Вследствие этого тре­

то по законам ГО за ним должна возникнуть

щина, даже неблагоприятно ориентированная

звуконепроницаемое

область, куда не проникает звуковое поле, Т.е. область

звуковой

зависимости препятствия

от

тени.

Но на самом деле в

соотношения

и длины

волны

размеров

этого

на некотором

рас­

стоянии за ним в области геометрической тени

по отношению к

УЗ лучу,

чувствительности

может

при достаточной

быть

выявлена

УЗ

контролем. Использование этого типа дифрак­ ции

для

разд.

определения

высоты

трещины

см.

16.4.6.

обнаруживаются звуковые волны, Т.е. звук как

бы огибает преграду. Данное свойство звуко­ вых волн получило название «дифракция». Дифракция

-

это явление

частичного

огибания волнами nреnятствий, на.ходящихся на пути их распространения.

Для объяснения этого явления воспользу­ емся принципом Гюйгенса, в соответствии с которым

каждую частицу среды,

приходяшую

в колебание вследствие распространения пер­ вичной волны, можно рассматривать как то­ чечный

10'

источник,

излучающий

вторичную

Рис. а

16.75.

-

К поясненню понятия ,<диФракцию>:

прохожденне УЗ колебаний через малое

отверстие; б

-

огибание волнами препятствий с

заходом их в область геометрической тени

в

Глава

292

16. НЕ РАЗРУШАЮЩИЕ

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

й)

13ХР '

1', с,

Граница

бокоВые Волны

8) Рис.

2.

16.76. Типы

дифракции в твердых телах

Второй тип дифракции имеет место в

боковые

волны

также

присутствуют

всегда,

тех зонах объектов, где УЗ лучи касаются глад­

поскольку, под каким бы углом волны ни излу­

ких поверхностей

чались

случае

(см. рис.

формируются

верхности тел, которые,

В этом

16.76, 6).

волны,

огибающие

в свою очередь,

по­

поро­

ждают дифракционные волны соскальзывания.

в

твердом

размеров

теле,

вследствие

преобразователей

конечных

всегда

найдутся

лучи, которые направлены вдоль и вблизи сво­ бодной поверхности.

Существуют методики, использующие этот тип

Однако при реализации обычных методов

дифракции для измерения периметра объемных

УЗ контроля, когда принимаемый сигнал соот­

дефектов. При этом сравнивают время прохож­

ветствует геометрооптическому

дения

дефектов,

и

сигнала,

отраженного

дифрагированного

от несплошности,

сигнала,

обежавшего

Третьим типом дифракции называют

явления,

возникающие

при

падении

волн

на

под первым,

вторым

им критическим углом (см. рис.

или треть­

16.76,

в). При

этом образуются головные волны, которые, в

свою очередь, порождают семейство дифрак­ ционных боковых волн в обеих средах.

4. в

тех

Четвертый тип дифракции возникает

случаях,

когда

в

среде

имеются

слои

с

различными скоростями УЗ волны. При наклон­ ном падении УЗ волны на границы раздела та­

ких слоев лучи отклоияются от прямолинейного

направления распространения (см. рис.

16.76, г).

Это явление известно под названием рефрак­ ции. Этот тип дифракции нашел практическое применение для измерения толщины поверхно­ стно-закаленных

слоев

валках'ХОЛОДНОЙ

прокатки, где в поверхност­

ном слое скорость

металла,

например

звука изменяется

мости от глубины слоя. Волны дифракции

в

собой

ложные

волн

сигналы,

и приема пренебрежимо малы и не принима­ ются во внимание.

границу раздела двух сред или на свободную границу среды

представляют

отражателю от

дифрагированных

либо вследствие неоптимального их излучения

часть несплошности и соскользнувшего с нее.

3.

либо

импульсы

в

в зависи­

контролируемом

Между тем, знание законов возбуждения

и

распространения

дифрагированных

волн

позволяет решить ряд задач УЗ контроля, кото­ рые

обычными

методами

контроля

решить

крайне сложно либо нельзя. К ним можно от­ нести распознание типа дефекта и измерение его размеров, выявление сигналов на фоне шу­ ма в некоторых

сварных

швах, измерение глу­

бины закаленных слоев и др. Рассмотренные выше основные свойства

взаимосвязаны, и в общем случае математиче­ ски

эта

взаимосвязь

описывается

уравнением

акустического тракта.

16.4.3. АКУСТИЧЕСКИЙ ТРАКТ СОВМЕЩЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Акустическим трактом УЗ дефектоскопа

называют путь УЗ импульса от излучателя до отражателя и затем

объекте присутствуют всегда. При отражении

При

расчете

от плоскостных либо объемных дефектов воз­

задача:

никают краевые волны, или волны обегания­

фекта

определить

в

-

обратно к приемнику уз.

акустического

тракта

амплитуду

зависимости

от

ставится

сигнала

свойств

от де­

материала,

соскальзывания, или головные и боковые вол­

формы и размера пьезоэлектрического преоб­

ны.

разователя

Чаще

всего

дифрагированных

Вблизи

свободной

наблюдается волн

совокупность

нескольких

поверхности

типов.

головные

и

(ПЭП),

дефекта

и

их

взаимного

расположения. Вначале рассмотрим акустиче­ ское поле ПЭП.

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Акустическое поле вследствие структуру

вблизи

интерференции с

излучателя

имеет

сложную

чередующимися минимумами и

293

в ближней зоне гии

находится

в

>80 %

пределах

излученной энер­

цилиндра,

ограни­

ченного краями излучателя, однако по сечению

максимумами звукового давления

как

вдоль,

цилиндра энергия распределена неравномерно.

так и

излучателя

Граница ближней зоны при непрерывном излу­

(рис.

поперек акустической оси

16.77).

Эта зона немонотонного измене­

ния акустического поля называется ближней зоной, Шlи зоной дифракции Френеля. Непо­ средственно на излучателе существует какое-то

среднее давление Ро .

чении УЗ определяется формулой 2

N=

ния, колеблющиеся около средней величины.

л

Давление, создаваемое УЗ волной на аку­ от его поверхности, может быть опреде­

лено по формуле

За пределами ближней зоны начинается ции Фраунгофера. В этой зоне звуковое давле­

ние

монотонно убывает с увеличением

стояния от излучателя.

имеет вид лучей, выходящих из центра излуча­

.

2sш

1t

л(~а2 +r 2

. (16.23)

-r)

Число максимумов составляет 2а

ются

излучателя).

Максимумы

от нуля до удвоенного

максимумами крутизна

и минимумами

кривых

среднего.

увеличивается,

изменения

шается. Примерно в точке

давления

NI2

.!.-

еще находится

N

РО

где

Sa -

>:;

12sin

па21 па

2

>:;

2лг

=

лг

Sa , (16.25) лг

площадь излучателя.

Как видно, на большом расстоянии давле­ ние не испытывает осцилляций, а монотонно убывает обратно пропорционально расстоянию. Акустическое поле в дальней зоне харак­

а

умень­

глубокий минимум, после чего в точке

n=

расстоянием, приближенноследует закону

располага­

С удалением от источника расстояние между

кривая, показы­

> 3N

вающая изменение давления в звуковой волне с

I л (2а -

на расстояниях г=а 2 /[(2n+l)Л] 2 (n = О, 1,2, ), а минимумы при r = а I 2nл (n = 1, 2, 3, ). Звуковое удаление вдоль оси колеблется

рас­

В дальней зоне поле

теля. На расстоянии r

диаметр

(16.24)

дальняя зона излучателя, Шlи зона дифрак­

стической оси круглого излучателя на расстоя­

r

2

4л

Вдоль оси излучателя

располагаются максимумы и минимумы давле­

нии

4а _л ,април«а, N=i:..-.

теризуют

диаграммой

зывающей

изменение

направленности, звукового

пока­

давления

в

(при

зависимости от угла между направлением луча

О) будет последний максимум с давлением,

и акустической осью на постоянном расстоя­

нии

равным удвоенному среднему.

Акустическое поле в сечениях, располо­ женных поперек акустической оси излучателя, имеет

вид

чередующихся

кольцевых

зон

ми­

от излучателя

(рис.

16.78).

За единицу

принимают амплитудное давление Ра на оси излучателя.

Диаграмма

направленности

не

зависит от расстояния до излучателя.

нимумов и максимумов.

С удалением от источника щирина мини­ мумов них

и

могут

максимумов появиться

увеличивается,

вокруг

дополнительные

макси­

п,(Х)/Х о·

,0· 20· ;10·

мумы.

Р/РО

Z I{\

1-..,::: ~ z \! 'r] '1

z

а

--

r//Ъ

J

О)

Рис.

16.77. Акустическое

поле иа оси

круглого ПЭП:

1 - непрерывное излучение; 2 - импульсное излучение

Рис.

16.78. Диаграмма

иаправлеииости поля

излучеиия круглого излучателя в поляриых (а) и декартовых

(6)

координатах

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

294

направ­

описывается интегралом Кирхгофа. Поле от­

ленности, в пределах которой амплитуда поля

ражения можно представить как результат из­

уменьшается

лучения некоторыми вторичными (мнимыми)

Центральную от

часть

единицы

OCHoвHЪ~ лепестком. лепестка

диаграммы до

нуля,

называют

В пределах основного

сосредоточено

-85 %

энергии поля

источниками

на

поверхности

отражателя

с

амплитудой, равной амплитуде падающей вол­

R

излучения. Вне основного лепестка диаграмма

ны, умноженной на коэффициент отражения

направленности имеет ряд боковых лепестков.

для полого диска при нормальном падении на

Уровень последних определяется отношением

него волны

поля на акустической оси к максимальной ве­ личине поля вне основного лепестка. Диаграм­

ма направленности при у

3Уб для крутлого

>

излучателя находится по формуле

Р

где

х

= 2м . 8

-

функция Бесселя,

значение которой берется из таблиц. Угол рас­ крытия основного лепестка диаграммы

80 =агсsiпО,61л/а=

раскрытия

20 дБ

(или уровень

основного

80,1

0,1

с заменой подстрочных индексов

лепестка

на

При е

= О, Фь = 1 и РЬ / РО = Sb / Лr.

Эти формулы справедливы при нормаль­ ном падении волны на отражатель. В общем случае волна падает на отражатель под утлом

апертурой,

представляющей

кость,

перпендикулярную

к

оси

отраженного

поля. Апертура дискообразного отражателя

это площадь эллипса с полуосями Ь и Ь Следовательно, в формуле

cos р.

вместо

Sb следует подставлять пь COS~ = Sb cos~, где (16.31)

2

от максимума)

= arcsin 0,54 л / а .

(16.31)

собой проекцию площади отражателя на плос­

уровнях, отличающихся от нулевого. На уров­ не

(16.25)

~. При этом отраженное поле формируется

В практике УЗ контроля иногда опреде­ утол

на пути У2 до приемника описывается форму­

эквивалентной

arcsinO,61c/ 1а' (16.27)

ляют

плоскостного

(16.26)

х'

I

для

анаЬ:

I1(x)

TSJn ; 1 (Х)

сказанного

отражателя размером 2Ь ослабление сигнала Рь лой

-=2-Ра

R = 1.

С учетом

(16.28)

~ - утол падения на дефект. Orpаженное поле объемных отражателей

На уровне

6

дБ (или уровень

0,5

от мак­

симума)

быть также рассчитано на основе формулы

80,5 На уровне

= arcsin 0,35 л / а . 3

дБ (или уровень

(16.29) 0,7

от мак­

Кирхгофа. При этом интегрирование проводит­ ся по той же части поверхности отражателя, которая

одновременно

«освещается»

из

цен­

тров излучателя и приемника.

симума)

Ослабление сигнала вследствие затухания

80,7

= агсsiпО,25л/ а.

(16.30)

Следующий этап при расчете акустиче­ ского тракта состоит в расчете отражения

па­

дающего поля от дефекта. Реальные дефекты разные

с криволинейной формой поверхности может

форму,

могут

ориентацию

и

иметь

самые

акустические

свойства, которые заранее неизвестны, поэтому

происходит по закону е· 20г, где у - суммарный путь УЗ от преобразователя до дефекта. Полученные формулы позволяют рассчи­ тать акустический тракт. Например, для случая контроля в дальней зоне прямым совмещенным

преобразователем в контактном варианте фор­ мула акустического тракта для диска будет

РЬ

формулы акустического тракта выводят обыч­

Р

О

геометрическую форму. В качестве отражателя примем отверстие с плоским дном, как наибо­ лее удобное для расчета. Orpаженное поле для такого отражателя, точно так же как и поле излучения, полностью

SaSb -20Г

-=--е

но для моделей дефектов, имеющих простую

Коэффициенты

л2 у 2

R

и

D

отраженного

(16.32)

для данного случая

равны единице. Из формулы амплитуда

.

(16.31)

сигнала

от

видно, что плоскодон­

ного отражателя пропорциональна его площади.

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

При

выводе

уравнения

акустического

коэффициенты затухания в призме искателя и в

теорию мнимого излучателя. Эта теория исхо­

изделии

дит из предложения, что в области угла паде­

/3

2а

cos

ао

~ /3крЗ УЗ поле формируется в од­ которого

/ cos

сказанного

можно принять

тракт

коэффициент

-

Формулы

акустического тракта наклон­

ного искателя для наиболее распространенных

равными

искусственных

~ в плоскости падения. С учетом

акустический

Dt

соответственно;

прохождения через границу.

нородной упругой среде от мнимого излучате­ ля, размеры

D), D2 -

приведенный путь в призме искателя;

тракта наклонного преобразователя при меняют

ния /3крl ~

295

табл.

наклонного

16.4.

мые

совмещенного преобразователя будет следую­

при

отражателей

расчете

ставлены в табл.

щим

приведены

в

Дополнительные данные, необходи­ акустического

тракта,

пред­

16.5.

16.4.4. МЕТОДЫ Из большого многообразия методов аку­

(16.33) где

r) -

средний путь УЗ в призме;

r -

стического

расстоя­

швов

ние от точки вывода до дефекта;

!'1r = r) ~ cos а _ С!

16.4. Поле

cos f3

контроля

для

рассматриваемых

рукций

применяют

контроля

сварных

строительных

эхометод,

конст­

теневой,

зер­

кально-теневой, эхозеркальный и дельта-мето­

ды.

(16.34)

Кратко рассмотрим

характеристики этих

методов.

излучения-приема в дальией зоне для различных отражателей, расположенных на акустической оси пучка Вид преобразователя

Вид отражателя ПрЯМОЙ

Диск

площадью

Sb

= тc~

p=kSaSbe-О

Р=К

Р=К Sa d е-О

Р=К

).?r 2

(плоскодонноеотверстие)

Сфера диаметром

d

4лr

Бесконечная полоса шириной

Бесконечный

ром

d

цилиндр

d

диамет-

= 2Ь ц (боковой цилинд-

рический отражатель)

Бесконечная

плоскость

(дон-

ный сигнал)

Цилиндрическая верхность

наклонный

Р =К

2

Sa d

.J2(Лr)3/2

Р = К Sa ~ л

d 8r 3

е-О

е-О

Р=К Sa е-О

Р=К

по-

Р = ( Sa J1I2 е-О 2лr

л,z(r+rо)2 cos/3

Sadcosa 4л(r + ro )2 cos /3

е- 15

е-О

Sadcosa е-О .J2[Л(r + ro)]3/2 cos /3

p=KSacosa лсоsf3

I

d

8(r+ro)

зе

-о

Р = К Sa cosa __I_ -15 rл

2лr

вогнутая

SaSb cosa

Р

[

cos/3 (r+ro)

e

Ге 2

Sa cosa

= 2л(r+rо)соs/3

-15

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

296

16.5.

Основные акустнческие характеристики материалов Длина волны

А., мм при

Скорость звука, м/с

f= 2,5

Вещество

МГц

Акустическое

Плотность

сопротивление

1 . 1О

г/(см

z,

. с)

среды про-

попе-

дольное

речное

С,

С,

А.,

А.,

Дюралюминий

6260

3100

2,50

1,24

2,70

1,69

0,84

Бериллий

12800

8170

5,12

3,48

1,82

2,33

1,59

Вольфрам

5180

2870

2,07

1,15

19,25

9,97

5,52

Вода

1490

1,00

0,15

Воздух

331

0,0013

4,10

Глицерин

1923

1,265

0,24

-

-

0,60 0,13

-

0,77

Кварцевое стекло

затухания продольных

волн на час-

р, г/см

-

Коэффициент

тоте

2,5 МГц, 1·102 M· 1

0,001 ... 0,05

0,018 ... 0,044

-

0,01 ... 0,08 0,06 ... 0,15

3400

2,28

1,36

2,60

1,48

0,88

0,00004

3050

2,31

1,22

1,74

1,00

0,53

-

1380

-

0,55

-

0,90

0,12

-

0,65

Медь

4660

2260

1,86

0,90

8,90

4,15

2,01

0,58

Оргстекло

2670

1121

1,07

0,45

1,18

0,32

0,13

-

Полистирол

2370

1120

0,95

0,45

1,10

0,26

0,12

2,5

Сталь углеродистая

5900

3260

2,36

1,30

7,80

4,60

2,54

5660

3120

2,26

1,25

8,03

4,54

2,51

1,40

4,50

2,70

1,58

0,96

3,30

1,98

0,64

2,50

1,00

5700 Магний Масло

трансфор-

маторное

Сталь

коррозион-

но-стойкая Титан

3500

Шлак

2,40

6000

(спекшийся

2400

флюс) АН-348 Шлак

-

(спекшийся

4000

флюс) 48-АФ-1

Эхометод (рис.

16.79).

1,60

1600

Он основан на ре­

гистрации эхосигнала, отраженного от дефекта. Кроме преимушества одностороннего доступа он также обладает наибольшей чувствительно­

стью

к

(S~1;:CK

выявлению

: : : 0,5 мм

2

внутренних

дефектов

И 2Ь::::: 0,8 мм), высокой точно­

стью определения координат дефектов. К недос­ таткам

метода

следует

отнести

низкую помехоустойчивость

прежде

всего

к наружным

от­

ражателям, большую зависимость амплитуды

сигнала от ориентации дефекта (кривая рис.

16.80).

Этим методом контролируют

всех сварных соединений толщиной

2':4

2, на -90 %

мм.

Рис.

16.79. Контроль эхометодом: 1 - генератор; 2 - усилитель;

3-

индикатор;

5-

4-

объект контроля;

преобразователь

-

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

.1А,tJБ

297

Эхозеркальный метод (рис.

16.82)

наи­

более достоверен при обнаружении плоскост­ ных вертикально ориентированных дефектов.

Он реализуется при прозвучивании шва двумя ПЭП, которые перемещаются по поверхности

ОШЗ с одной стороны шва таким образом, чтобы фиксировать одним ПЭП сигнал, излу­ ченный другим ПЭП и дважды отразившийся

- 15 LJ.~!:i::t:=.J._..J -10 -5 О 5 д, о Рис.

16.80. Измеиеиие 2Ь =

1,8 МГц:

амплитуды УЗ колебаний, прошедших от излу­ Чем больше

размер дефекта, тем меньше амплитуда про­ шедшего сигнала. Излучатель и приемник УЗ

располагают при этом соосно на противопо­ ложных поверхностях изделия. Теневой метод применять

только

при

двустороннем

доступе к изделию. При ручном контроле этим методом

можно

контролировать

сварные

швы

ограниченного сечения небольшой толщины.

К преимуществам теневого метода следу­ ет

отнести:

низкую

зависимость

амплитуды

сигнала от ориентации дефекта (кривая

рис.

16.80),

высокую

1

помехоустойчивость

на

и

отсутствие мертвой зоны. Благодаря первому преимуществу этим

методом

уверенно

обна­

руживаются наклонные дефекты, не дающие прямого отражения при эхометоде. Недостат­ ками

ПЭП

метода являются:

относительно

граммы

сложность ориентации

центральных

направленности,

лучей

диа­

невозможность

точ­

ной оценки координат дефектов и более низкая чувствительность (в

10 - 20

раз) по сравнению

с эхометодом.

Рис.

16.81. Коитроль теиевым методом: генератор; 2. 4 - ПЭП; 3 - шов;

электронно-лучевая трубка (ЭЛТ);

а

если

их

-

возможность оценки формы дефектов разме­ ром ~3 мм, которые отклонены в вертикальной

плоскости не более чем на е ~

10°. При оценке

формы дефектов необходимым условием явля­ ется использование ПЭП одинаковой чувстви­ тельности. Метод нашел широкое применение при

контроле

требуется

толстостенных

высокая

изделий,

надежность

когда

обнаружения

вертикальноориентированных

плоскостных

дефектов, а также при арбитражных оценках. Зеркально-теневой

метод

(рис.

16.83).

При зеркально-теневом методе признаком об­ наружения дефекта служит ослабление ампли­ туды

сигнала,

отраженного

от

противополож­

ной поверхности (ее обычно называют донной) изделия.

Дополнительными

преимуществами

этого метода по сравнению с теневым являют­

ся односторонний доступ

и более уверенное

обнаружение дефектов, расположенных в кор­

не шва. Оба эти метода нашли широкое приме­ нение при контроле сварных стыков арматуры.

Дельта-метод. Здесь (рис.

16.84)

исполь­

зуется УЗ энергия, переизлученная дефектом.

Падающая на дефект поперечная волна час­ тично

отражается

зеркально,

частично транс­

формируется в продольную, а частично пере­ излучает дифрагированную волну. Трансфор-

1-

5-

поверхностями,

мм, то необходимы специальные

Одно из основных преимуществ метода

Теневой метод. При теневом методе кон­

можно

<40

ПЭП.

троля о наличии дефекта судят по уменьшению

16.81).

противоположной 'поверхности

с эквидистантными

толщина

6 мм; 2 - 2Ь = 4 мм

чателя к приемнику (рис.

и

изделия. Этим методом контролируют изделия

амплитуды сиги ала от

ориеитации дефекта при/=

1-

от дефекта

6-

усилитель

Рис.

16.82. Коитроль 1-

генератор;

4-

эхозеркальным методом:

2-

усилитель;

ПЭП;

5-

шов

3-

ЭЛТ;

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

298

совмещенной схеме, а также принимают сиг­ налы по раздельной схеме. В этом случае схема

называется раздельно-совмещенной. Акустико-эмиссионный метод. Акусти­ ческая ния,

дых Рнс.

16.83. Контроль

зеркально-теневым методом.

Обозначення см. на рис.

16.82

-

эмиссия,

или

эмиссия волн напряже­

явление генерации упругих волн в твер­

телах

Главным

и

при

нагружении

источником

(рис.

акустической

следует

считать

сталлах

и скоплениях

процессы

16.85). эмиссии

разрушения

кристаллов.

в

кри­

При этом

могут образовываться микро- и макротрещины. Излучаемые при этом импульсы упругих волн в зависимости частотный

от материала имеют широкий

-

диапазон

от десятков до сотен

мегагерц.

Основными параметрами, характеризую­ щими акустическую эмиссию, являются:

число зарегистрированных импульсов

дискретной Рис.

16.84. Коитроль

Обозиачеиия см. иа рис.

акустической

эмиссии

за

время

наблюдения;

дельта-методом.

16.82

число

зарегистрированных

превыше­

ний импульсами акустической эмиссии уста­ мированная

продольная

волна распространяет­

ся нормально к нижней поверхности, отража­

новленного

уровня

ограничения

за

время

на­

блюдения;

ется от нее и улавливается прямым пэп. Этим

отношение

числа

импульсов

акусти­

же ПЭП будет улавливаться компонента про­

ческой эмиссии к интервалу времени наблюде­

дольной дифрагированной волны, срывающей­

ния (активность акустической эмиссии);

ся с верхнего

кончика трещины

энергия, выделяемая источником аку­

и распростра­

няющейся вертикально вверх. Недостатки ме­

стической

тода

волнами, возникающими в материале;

необходимость зачистки щва, сложность

-

расщифровки принятых сигналов при контроле соединений толщиной

мм, трудности при

::::15

настройке чувствительности

и оценке величи­

Наиболее достоверные результаты полу­ если

чают,

при меняют

предприятия

стандартные

(СОП) с реальными

образцы

дефектами.

переносимая

упрутими

энергия сигнала акустической эмис­ сии, выделяемая в месте измерения или наблю­ дения.

Для

ны дефектов.

эмиссии и

контроля

методом

акустической

эмиссии обычно применяют многоканальную аппаратуру. Каждый канал соединен со своим преобразователем,

принимающим

упругую

Применение СОП с искусственными дефекта­ ми, имитирующими

трещины,

может привести

к ложным результатам. Это связано с тем, что искусственные дефекты имеют с торца сравни­ тельно

большую

отражающую

поверхность,

поэтому процессы рассеяния УЗ колебаний от

искусственных

дефектов

могут

очень

отли­

чаться от реальной картины рассеяния. Из перечисленных методов контроля, при

которых необходимо применять два ПЭП, один из

которых

другой

вают ПЭП,

-

выполняет

раздельной. то

функции

излучателя,

приемника, схему включения назы­

он

зондирующих

Когда

выполняет импульсов

используется функции и

приема

один

излучения эхосигна­

лов, и такая схема называется совмещенной. При эхозеркальном методе ПЭП включены по

Рис.

16.85. Акустико-эмнссиоиный

метод

коитроля:

J - объект контроля; 2 - приемник; 3 - усилители; 4 - блок обработки информации с индикатором

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

волну

из

изделия

по

определенной

системе.

299

селектирование эхосигналов из любо­

Блоки обработки сигналов ведут счет при ни­

го

маемых сигналов за короткий интервал време­

тическую сигнализацию (звуковую, световую)

ни (например, за

об их наличии;

0,1

с) и суммарную обработку

заданного

сигналов от всех каналов многоканальной сис­ темы. Исследуют также амплитудное деление

принимаемых

эмиссии

за единицу

сигналов

времени

и

распре­ энергию

местоположения

источника

сигналов.

Для этого сравнивается время прихода сигнала акустической

эмиссии

не

менее

чем

В

де­

В

состав

на аналоговые и

последних

входит

процессор (компьютер) для управления и циф­

ровой обработки информации, содержащейся в сигнале.

Сейчас в основном эксплуатируются ана­ логовые отечественные дефектоскопы УД2-12,

современных

мах акустической

ступающей

автома­

чувствительности

Дефектоскопы делятся

на три

преобразователя.

и

сации затухания УЗ в металле. процессорные.

Аппаратура включает в себя блок опреде­ ления

выравнивание

интервала

фектоскопа по всей зоне контроля для компен­

или за весь пери­

од испытаний.

временного

многоканальных

систе­

эмиссии для обработки

информации

применяют

по­

Рельс-б,

УДС2-Р ДМ-З

«Кrautkramer»

(ФРГ),

и

зарубежные

«Sonotest»

фирмы

(Великобри­

быстро­

тания), «Тосоmас» (США) и др. Эти приборы

действующую ЭВМ. Это позволяет: определять

имеют: улучшенные параметры схемы времен­

координаты источников акустической эмиссии,

ного регулирования чувствительности, обеспе­

комплексно

оценивать

сравнивать

количественные

параметров

параметры

сигналов,

характеристики

с установленными

браковочными

критериями и вырабатывать рещение о браков­ ке контролируемого объекта.

Метод можность

не

дефекты, ность

акустической только

эмиссии

обнаруживать

ответственных

высокого

реакторов,

деталей

дает

опасные

работоспособ­

элементов

давления,

воз­

компенсированную

летательных

атомных

аппаратов

и

т.д.).

органов

настроечные

сигналов

и

в

диапазоне

1О ... 180

мм ~б дБ;

схему отсечки

настройки

и

оперативные,

эргономические

шумов, раз­

управления что

характеристики

на

повышает

прибора

и

достоверность контроля и т.п.

конструкций

узлов

амплитуд

зоны контроля величиной деление

но и прогнозировать

(сосудов

чивающей максимальную равномерность вы­ равнивания

Рассмотренные дефектоскопы массового применения, к сожалению, не облегчают труд оператора, поскольку не освобождают его от многих операций, в том числе от таких, как вычисление эквивалентной площади и оценка

К

16.4.5.

СРЕДСТВА УЗ КОНТРОЛЯ

ним

относят:

допустимости логическую

дефектоскопы,

набор

дефекта.

нагрузку,

Снизить

психофизио­

повысить

информатив­

ность контроля и, следовательно, его достовер­

ПЭП, содержащих пьезоэлементы для излуче­

ность

ния

измерительных операций.

и

приема

УЗ

колебаний,

и

различные

вспомогательные устройства.

импульсов

отраженных

сигналов,

УЗ

максимальной

автоматизацией

Принципиально новые возможности дает

УЗ дефектоскоп предназначен для гене­ рирования

можно

колебаний,

приема

преобразования

этих

применение

цифровой

техники.

Создание

мощных процессоров малых размеров обеспе­ чило активное совершенствование всей дефек­

сигналов к виду, удобному для наблюдения их

тоскопической техники, в том числе и УЗ де­

на экране ЭЛТ и управления дополнительными

фектоскопов.

индикаторами,

а также для измерения

коорди­

нат дефектов и сравнения амплитуд сигналов. Для достоверного контроля дефектоскоп, как минимум, должен обеспечивать: линейную

Здесь можно выделить три конструктив­

ных направления. Одно из них дефектоскопов

пропорциональность

меж­

это создание серийных

ствующим электронным блоком, содержащим генератор

скопа и на индикаторе;

тель.

максимальной

-

сочетания

ПЭВМ, прежде всего типа ноутбук, с соответ­

ду амплитудами эхосигнала на входе дефекто­

получение

путем

информа­

зондирующих

импульсов

и

усили­

Преимуществами таких конструкций яв­

ции о дефекте, точное измерение амплитуды и

ляются:

временных

можности по обработке информации с решени­

интервалов

между

зондирующим

импульсом и эхосигналом от дефекта;

ем

гибкость

нестандартных

управления, задач,

широкие

возможность

воз­

посто-

Глава

300

янного

16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

совершенствования

программного

про­

К недостаткам относятся: некомпактность конструкции;

необходимость

дополнительных

операций в клавишном наборе при вызове со­ ответствующей временным зования

в

программы,

затратам; полевых

что

приводит

невозможность

или

к

исполь­

загрязненных

цеховых

ского контакта. При использовании СК-l не требуется специальных образцов для настрой­

ки чувствительности. В памяти прибора «за­ шито»

-180

составе

методик УЗ контроля. Наличие в

прибора удобного трехмерного УЗ

датчика положения преобразователя позволя­ ет обеспечивать заданную методикой траекто­

условиях.

Дефектоскопы, развивающиеся му

дефектов) обеспечивает оценку конфигурации дефектов и слежение за качеством акустиче­

дукта.

направлению,

виде моноблока,

конструктивно

по второ­

выполнены

а программное

обеспечение,

записанное на дискетах или флэш-дисках, меняется

в

зависимости

от

задач

сканирования объекта,

восстанавливать

двух- и трехмерные томографические изобра­

жения дефектов.

за­

Автоматическая расшифровка резуль­

контроля

татов, осуществляемая в реальном масштабе

(США)].

времени, является существенной составляю­

Преимуществами этих дефектоскопов являются:

щей обеспечения безопасного функционирова­

минимальное число клавиш управления, гиб­

ния ответственных объектов. Главное преиму­

кость в перестройке программ, независимость

щество дефектоскопов общего назначения

сложности конструкции и габаритных размеров

возможность

[«Hitachi-2200»

(Япония) и

в

рию

«Epoch»

от числа и сложности решаемых задач.

Безусловно, рукции

этой

конст­

имеют большие перспективы

в бли­

жайшем

будущем,

дефектоскописта метрия,

дефектоскопы

но

и

когда

войдет

оценка

в

штатные

задачи

не только дефекто­

годности

и

эксплуатаци­

онного ресурса изделия (узла), выполняемая на основе автоматического сравнения совокупно­

сти информативных признаков дефекта с зало­ женными

в

память

многопараметрическими

нормами качества и соответствующими фор­ мулами расчета на прочность для данного кон­

кретного объекта контроля. Кроме того, такие дефектоскопы, имеющие банк программ, могут решать и

широкий спектр задач

по анализу

физико-механических свойств металла. Недостатками дефектоскопов подобного рода являются

ных

наличие сложных конструктив­

элементов

и

ограниченные

возможности

для миниатюризации.

Наибольшее развитие получили процес­ сорные дефектоскопы со встроенным процес­ сором и заданным программным обеспечени­ ем. Это понятно, поскольку такой подход по­ зволяет

максимально

уменьшить

габаритные

размеры при бора, упростить управление и при этом обеспечить высокие прочностные и дру­

гие эксплуатационные качества, необходимые при ручном контроле.

К отнести

этой СК-l

группе

дефектоскопов

(МГТУ

им.

н.э.

следует

Баумана)

и

УД-201П (ЦНИИТмаш).

их

применения

для

-

контроля

широкого класса объектов, хотя сама проце­ дура

контроля

сложна.

Специализированные

дефектоскопы отличаются высокой эффектив­ ностью и простотой контроля объектов своего назначения, однако номенклатура таких объек­ тов

невелика.

Благодаря

мультипрограммной

организации СК-l может содержать до восьми независимых виртуальных специализированных

приборов УЗ контроля. Это позволяет сущест­ венно

повысить

тельность

достоверность

контроля,

а

значит,

-

скую эффективность применения

и

производи­

и

экономиче­

CK-l.

Простота управления прибором, высокая надежность в работе, отсутствие дополнитель­ ных требований к квалификации операторов позволяют

немедленно

приступить

к

внедре­

нию СК-l на любом предприятии без ДОПОЛНII­ тельных затрат.

Среди зарубежных ручных процессорных дефектоскопов наиболее эффективны

USM52P USM25 фирмы «Кrautkramer» (ФРГ) и «Epoch» фирмы «Panametric» (США), «Sonic» фирмы «NomicoD» (Италия). и

Применение пов

существенно

процессорных облегчает

дефектоско­

труд

и

снижает

психофизиологическую нагрузку на оператора, поскольку

освобождает

измерительных

его

операций;

от

большинства

повышает произво­

дительность контроля за счет резкого сокраще­

ния (в десятки раз) времени операции

при переходе

на настроечные

с одного объекта на

Портативный дефектоскоп-томограф СК-l

другой и, самое главное, повышает достовер­

в отличие от известных отечественных и зару­

ность контроля. Последнее в первую очередь

бежных

аналогов

функций

(измерение

помимо

общеизвестных

размеров

и

координат

определяется

новыми

возможностями

дефектоскопов, такими как:

этих

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

«заморозка»

(накопление)

измерение максимальных данном

режиме

при

сигнала

многократном

сканирова­

настройка дефектоскопа

в камераль­

ных условиях, что снижает уровень ошибок; задание

через

УЗ контроля

меню

времени

в призме,

точность измерения

прохож­

что повышает

координат;

одновременное

измерение

двух

коор­

динат дефекта, что необходимо при контроле сложных

стыковых

соединений

толщиной

4 .. .40

металлоконструкций

мм эффективно используется

автоматизированнаяустановка «Сканер-9312».

нии дефекта;

дения

для дефектоскопии протяженных сварных

и

параметров сигнала в

301

геометрических

объектов,

например

угловых швов врезки «труба в трубу»; запоминание осциллограммы

дефект­

ного участка и его анализ в камеральных

виях с при влечением

специалистов

усло­

более вы­

Механизм сканирования установки состо­

ит из восьмиканального акустического блока на магнитных колесах, электродвигателя, датчиков

пройденного пути и слежения за сварным швом и емкости для контактной жидкости. В состав установки входят восьмиканаль­

ный дефектоскоп, принтер и аккумуляторные батареи. Установка обеспечивает контроль со скоростью С

1 м/мин. 2002 г. в МГТУ

им. н.э. Баумана про­

водится портативный восьмиканальный муль­

типрограммный дефектоскоп СК-2, предназна­ ченный для автоматического, механизирован­

ного или ручного УЗ контроля. СК-2 рассчитан

сокого уровня; контроля

на измерение основных параметров дефектов:

ним)

на

амплитуды эхосигналов, координат дефектов,

ПЭВМ для дальнейшего мониторинга за пове­

их эквивалентной площади и высоты, а также

архивирование

(осциллограмм

и

результатов

комментариев

к

дением дефектов, оставшихся в конструкции.

на определение типа дефектов. СК-2 позволяет

Одним из основных недостатков УЗ кон­

сохранять результаты контроля в процессе его

троля традиционным

ручным методом является

проведения и

то, что

не остается

завершении контроля.

после

него

объективных

документировать результаты по

по которым мож­

Маленькая масса, небольшие габаритные

но было бы контролировать работу самих опе­

размеры, большой динамический диапазон и

раторов. Это обусловливает зависимость оцен­

простота

документов (дефектограмм),

ки качества

шва от квалификации,

зиологического оператора. ровать,

что

почти

состояния

Иными

надежностью

и условий

словами,

достоверность

целиком

работы

можно констати­ ручного

определяется

оператора.

психофи­

контроля

персональной

Поэтому

очевидна

необходимость автоматизации УЗ контроля. Автоматизация

УЗ контроля развивается

по пути многофункциональности ции операций сканирования

и роботиза­

и измерения.

Бы­

стродействующие средства контроля создаются на основе применения аналоговых и цифровых методов также

обработки

многомерного

многоканальных

одновременным

сигнала,

акустических

систем

а с

или коммутируемым действи­

ем. В координатах амплитуда

-

частота

время

-

строятся двух- и трехмерные изображения аку­ стических полей, что позволяет оценивать тон­ кую структуру отражающей поверхности. Механизированное ляет

облегчить

ошибки,

труд

связанные

с

сканирование

оператора,

позво­

исключить

несоблюдением

регла­

управления

дают

возможность

ус­

пешно применять СК-2 в атомной и других отраслях

промышленности для

контроля

как

металлических, так и неметаллических объек­ тов.

Благодаря хорошо зашищенному ударо­

прочному

корпусу

и

встроенному

источнику

питания СК-2 может использоваться для кон­

троля стыковых сварных соединений трубо­ проводов, сварных конструкций другого на­ значения в самых труднодоступных местах.

Один из наиболее важных элементов про­ граммного обеспечения СК-2 слежения

за

качеством

-

возможность

акустического

кон­

такта во всех каналах одновременно, что зна­ чительно повышает достоверность результатов

контроля. Существенной составляющей обес­

печения безопасного функционирования ответ­ ственных объектов является своевременная и

прав ильная расшифровка результатов контро­ ля. В отличие от подавляющего большинства современных

приборов

в

СК-2

результаты

расшифровывают автоматически в реальном масштабе времени. Автоматическая

установка

«Автокон­

мента сканирования при поиске дефектов, а в

МГТУ» предназначена дЛЯ УЗ контроля каче­

некоторых случаях

ства кольцевых сварных соединений трубопро­

-

даже повысить общую

производительность контроля (с учетом подго­

водов диаметром

товительно-вспомогательных операций).

стенки

5...25

530... 1420 16.86).

мм (рис.

мм с толщиной

Глава

302

16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ в

мента

качестве

в

прием но-излучающего

подавляющем

большинстве

эле­

случаев

используют пластины из керамики (цирконата, титаната

свинца

или

титаната

бария),

обла­

даюшей пьезоэффектом, или (реже) пьезоквар­ ца х- и У -срезов с металлизированными

по­

верхностями-электродами.

Толщину выбирают из

пьезоэлектрической пластины

d

условия,

чтобы

ее собственная

частота соответствовала частоте возбужденных

d = л.п / 2 = / 2.fO, где А.п и сп - соответственно длина

или принимаемых УЗ колебаний, Т.е. = сп

волны и скорость звука в материале пьезопла­

стины;fo Рис.

Для

Устаиовка «Автокои-МГТУ» для

16.86.

530... 1420

защиты

пьезопластины

она

выполнена

прямых

приклеивают (припаивают) металлическое или

мм

керамическое донышко Конструктивно

в

ПЭП от повреждения к ней с рабочей стороны

автоматизироваиного УЗ контроля трубопроводов диаметром

- резонансная частота.

в

-

протектор.

В

раз­

виде

дельно-совмещенных и наклонных ПЭП пьезо­

двух блоков; электронного с принтером и ме­

пластину приклеивают к акустической задерж­

-

ханизма сканирования на магнитных колесах с

ке

электроприводом

ла. С нерабочей стороны пьезопластины при­

и

акустическим

блоком.

призме, изготовляемой обычно из оргстек­

Акустический контакт обеспечивается ферро­

клеивают демпфер из материала с большими

магнитной

жидкостью.

акустическим сопротивлением и коэффициен­

1... 2 м/мин.

Общая масса установки

Преимуществом сутствие

сканера.

Скорость

установки

направляющих

::;;20 кг.

является

для

том затухания (например, взвесь ферровольф­ от­

рама или сурика в эпоксидной смоле). Демпфер способствует гашению свобод­

передвижения

на маг­

ных колебаний пьезопластины и уменьшению

по

шву

длительности зондирующего импульса. В на·

(± 1

мм)

клонных и раздельно-совмещенных преобразо­

Сканер

вателях демпфер обычно выполняют из пробки

может передвигаться в любом пространствен­

или асбеста, он служит только для звукоизоля­

ном положении на расстоянии до

ции от других деталей преобразователя.

нитных

Робот-сканер

контроля

колесах,

а

перемещается

его

направление

обеспечивается с высокой точностью специальными

датчиками

слежения.

20

м от элек­

тронного блока. Обработка результатов осуще­ ствляется в реальном масштабе времени с изо­

Призма в

наклонном

ПЭП создает

клонное падение продольных волн

на­

на границу

бражением сечения изделия и возможных де­

раздела с изделием.

фектов,

трансформируются, в результате чего в изде­

а также

акустического

указанием

контакта.

мест

Самое

дефектограмме дается полная

нарушения главное,

На этой границе волны

на

лие вводится требуемый тип волны, опреде­

информация о

ляемый углом падения и соотношением скоро­

дефекте (размер, форма, ориентация и коорди­

стей звука в призме и изделии.

наты).

В раздельно-совмещенных прямых ПЭП

Установки сер. «Авгур» фирмы «Эхо+» (Москва) контролируют сварные швы трубо­

0,5 ... 6

МГц.

она выпол­

и диа­

ет минимизировать мертвую зону. Для объек­

тивного контроля качества необходимо, чтобы средств неразрушающего контроля обеспечи­

Документируются в виде голограмм.

Преобразователи.

5... 100,

няет роль акустических задержек, что позволя­

Результаты

проводов в широком диапазоне толщин

метров на частотах

призмы выбирают с углом

Преобразователь

яв­

вали

единство

и

воспроизводимость

его

ре­

ляется сложным электроакустическим пр ибо­

зультатов. Поэтому основные характеристики

ром,

преобразователя нормируют.

состоящим

из

следующих

основных

эле­

ментов; собственно преобразователя упругих колебаний

в

электромагнитные,

и

Выбор ПЭП определяют исходя из конст­

наоборот;

рукции сварного соединения, наиболее вероят­

протектора (защитного донышка) или акусти­

ного местоположения и ориентации дефекта,

ческой задержки (призмы); демпфера; корпуса

наличия ложных сигналов и Т.П. Поэтому про­

и токоподвода (рис.

мышленность выпускает различные типы ПЭП.

16.87).

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

't--4r::~~~1

J

303

6

5

-tf.>"/,/lIL/

В

~~!

5

2 /

О)

П)

8) А -А

~ 5

't-

7 1

6

д)

2 f

,{/f

J

IF ;/jI

,

1К) Рис.

а

-

16.87. Конструкцин основных типов УЗ преобразователей: - раздельно-совмещенного; г - типа «дуэт)} (МГТУ им. Н.Э. Баумана); д - ИЦ-52 с поворотной вставкой (ЦНИИТмаш); е - ИЦ-17 с постоянной точкой ввода (ЦНИИТмаш); ж - ИЦ-13 с фокусировкой (ЦНИИТмаш); 1- пьезоэлемент; 2 - протектор; 3 - демпфер; 4 - корпус; 5 - призма; 6 - высокочастотный кабель; 7 - вставка; 8 - электроакустический экран; 9 - ползун; 10 - рычажно-шарнирный механизм прямого; б

-

наклонного ИЦ-I; в

Оптимальные

параметры

ПЭП

должны

достижения

максимальной

чувстви­

тельности дефектоскопа; монотонной висимости

дефекта;

амплитуды

направленности,

обеспечи­

залегающих отражателей; уменьшения уровня помех;

крутовозрастающей эхосигнала от

высокой

вающей возможность разрешения двух близко

рассчитываться с учетом:

за­

площади

минимальных размеров мертвой зоны и уровня реверберационных шумов в призме; стабильности акустического контакта.

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

304

При разработке наклонных ПЭП размеры,

в то же время пьезоэлемент малых раз­

форму и материал призмы надо выбирать та­

меров не обеспечивает необходимой мощности

ким

излучения,

образом,

чтобы

они

имели

реверберационно-шумовую

наилучшую

характеристику

(РШХ) и по возможности удовлетворяли

имеет

недостаточную

разрешаю­

щую способность и точность определения коор­

сле­

динат дефектов из-за широкой диаграммы на­

дующим основным требованиям: обеспечивали

правленности. По данным различных исследо­

эффективное

вателей, можно считать, что при перерасчете на

затухание

колебаний,

женных

от границы

раздела

внутри

призмы,

незначительно

и

переотра­

-

призма

изделие

ослабляли

пучок во время прямого прохождения. Кроме

того, материал призмы должен обладать хоро­ шими

износостойкостью

и

смачиваемостью,

значительным пределом термостабильности. Наибольшее применение для изготовле­ ния призм нашли материалы на основе акриль­

ных смол (оргстекло, полистирол и т.п.). Одна­ ко в последнее время все более широкое рас­ пространение

получает

технология

поперечные волны оптимальные размеры пьезо­

пластин лежат в области а! =

зоне снижается вероятность обнаружения де­

фектов и поэтому надо стремиться к тому, что­ бы пьезоэлемент и дефект находились в их дальних зонах. Данное требование выполняет­ ся при соблюдении следующих условий:

отливки

а ~ ~O,8Ar при

ристой или придают ей сложную форму; пре­

где

дусматривают специальные ловушки,

том и пьезоэлементом.

изготов­

r-

ленные из материала с большим затуханием, но же

импеданс,

что

и

материал

призмы.

шумов

источником реверберационных

являются

колебания,

отраженные

от

рабочей поверхности. Во избежание этого оп­

При выборе размеров пьезоэлемента надо ми. Увеличение поперечных размеров сужает направленности

и

Особенно сложные задачи стоят в созда­

личивает протяженность ближней зоны, харак­ теризующейся неравномерной чувствительно­ стью по глубине и сечению пучка и, следова­

тельно, пониженной вероятностью обнаруже­

ния дефектов. Кроме того, увеличение габа­ размеров

пьезоэлемента

влечет за со­

бой увеличение стрелы ПЭП и площади кон­ тактной

поверхности, что снижает достовер­

ность

воспроизводимость

и

результатов

кон­

троля.

Размер и форма пьезоэлемента определя­ ют также уровень и длительность собственных реверберационных

шумов

в

нем

вследствие

радиальных колебаний и существенно влияют на

форму

угольная выгодна.

сигнала. форма

С

3... 5

мм. Необходимо предельно ло­

кализовать пучок, сигналы,

чтобы

вызванные

исключить ложные

отражением

от

усиления

шва.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана впервые пред­

этой

28 ... 108 мм. Принципиальной особенностью хордовых ПЭП является

озвучивание

дефекта

горизон­

тально поляризованной (по отношению к плос­ кости

дефекта)

нерасходящейся

поперечной

преимущество

применения

SH-волноЙ. Основное

SН-волн в отличие от SV-волн состоит В неза­ висимости коэффициента отражения их от угла падения на плоский отражатель,

Т.е. для них

отсутствует третий критический

угол и соот­

ветственно

трансформация

волн,

что

часто

служит причиной появления ложных сигналов

(рис.

16.88). Широкое

стенитных

применение

сварных

швов

для

контроля

нашли

ау­

наклонные

прямо­

раздельно-совмещенные ПЭП на продольные и

наименее

поперечные волны, разработанные в МГТУ им.

позиции

пьезоэлементов

щенные хордовые ПЭП типа РСМП дЛЯ кон­ троля сварных швов трубопроводов диаметром

повышает

чувствительность в дальней зоне, однако уве­

ритных

(16.35)

ложены специализированные раздельно-совме­

руководствоваться следующими соображения­ характеристику

~ 8ъ 2 /А,

нии ПЭП дЛЯ контроля сварных швов малой

тимизируют высоту размещения пьезоэлемента в призме и величину стрелы.

r

приведенное расстояние между дефек­

толщины

Важным

. МГц.

димо учитывать, что при работе в ближайшей

Для улучшения РШХ призму делают реб­

тот

мм

ряду с изложенными соображениями необхо­

призм из эпоксидных компаундов.

имеющим

12 ... 15

При выборе размеров пьезоэлемента на­

н.э. Баумана (см. рис.

16.87).

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

А, об

80 ~2.0А,tJБ

60

4-0

20

305

60

- Z t--'t-~IГ"o;;:::--t--~~~Н - Z 1---+--'~"""'...--It-+----,~'""-:--->oI -6

I----Ьо"'\\--+--н--~

- 6 t--t--н--t------Jf----,j

-10 t--t--t-++-+-f---Jf----I -141---+--tt--н--+---t--I-141-f--+-+-JA-1""=1-+----j

-18 L.-_L.-_ЧfJ_L.-----J---J -18

L...-.L...-_.L.......J..........----..L.-L------J

Ь)

а) Рис.

16.88.

Измеиеиие амплитуды отраженного от плоскости сигнала в зависимости от

взаимной ориентации плоскостей источника (а) и приемника

1;2 -

Раздельно-совмещенный

ПЭП

(см.

рис.

16.87, в) для контроля продольными волнами состоит из двух пьезоэлементов 1, при клеен­ ных

к призмам

акустическими

8

5,

из оргстекла

разделенных

и электрическими экранами и

залитых демпфером на эпоксидной основе в

корпусе

4.

Излучатель И приклеен к призме,

которая выше другой на величину С"Сз (С - ско­ рость УЗ волн в призме, "Сз - длительность зон­ дирующего делается

с

импульса). целью

Разная

высота

уменьшения

призм

электрических

помех на прием нике. Благодаря акустическому и

электрическому

приемника

разделению

мертвая

излучателя

зона

Максимальная

ной чувствительности соответствует зоне пере­ сечения

основных лепестков диаграмм

Значение угла наклона ~, при котором предполагаемая глубина залегания выявляемых

дефектов будет лежать в области максималь­ ной

чувствительности

~=arctg

[

С, I С,

а+т

поверхности

ми.

акустических осей; т

изделий с температурой до

600

ос.

Раздельно-совмещенные используют

при

контроле

высота призмы; Н изделия

расслоений в листах и дефектов паЙки. Опти­ мальные параметры этих ПЭП рассчитывают

16.4.6. ТЕХНОЛОГИЯ

призматических ПЭП.

ность измерения и

Область

данных что

максимальной

также максимальная

и

и

ПЭП

зависит

призматических.

чувствительности, минимальная

пересечения

половина расстояния

а

глубина

КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ

Основные параметры контроля. Сово­ купность

факторов,

расстояние от

центра

СОЕДИНЕНИЙ

исходя из тех же условий, что и при расчете

же

-

-

] , (16.36)

тавровых

выпуклостью шва, а также для обнаружения

Чувствительность

до

+Н

широко

соединений и стыковых соединений со снятой

от тех

по

между верхними краями пьезопластины.

ПЭП

сварных

выбирается

(с,! / с')н п

где Нп -

контроле

ПЭП,

соотношению

жек (призм), а также с кварцевыми задержка­ при

направ­

ленности пьезоэлементов.

водов раздельно-совмещенные ПЭП без задер­ используются

достигается,

ресечения акустических осей. Зона максималь­

(0,5 ... 2 мм).

Разработаны и применяются на ряде за­

амплитуда

когда дефект находится примерно в точке пе­

и

раздельно­

совмещенного ПЭП незначительна

Последние

(6):

угол разворота между плоскостью поляризации и плоскостью падения, град

татов,

характеристик,

называют

определяющих

точ­

воспроизводимость резуль­ основными

параметрами

контроля. Эти параметры определяются соот­ ветствующими

(табл.

16.6).

параметрами

аппаратуры

Изменение этих параметров при­

прозвучивания (мертвая зона) зависят от угла

водит к ошибкам в оценке годности изделия,

наклона пьезоэлемента.

поэтому они задаются НТД.

Глава

306

16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 16.6.

Основные параметры эхометода

Параметр контроля

Параметр аппаратуры

Длина волны л.

Тип преобразователя, частотаf, угол в призме,

Угол ввода а

размеры пьезоэлемента

Фронтальная разрешающая способность L p

(ширина углового захвата ер) Мертвая зона

hM

Длительность зондирующего импульса 'з и

реверберационных шумов в призме ' р Разрешающая способность по дальности

Длительность зондирующего импульса 't з

Чувствительность

Уровень настройки чувствительности дефектоскопа

преобразователем

с

по

заданному

эталонному отражателю

Направленность

Площадь ПЭП

Погрешность измерения координат,

Sa, частота!

Погрешность глубиномера,

%

UJагсканирования

Размеры пьезоэлемента

Длина УЗ волны л. в материале определя­

Ы>

ется задаваемой частотой излучаемых колеба­

нийf Угол а ввода УЗ луча в контролируемый металл

-

угол

верхности,

%

между

перпендикуляром

к

где

D o-

D'

о'

I гл. / Do,

диаметр пьезоэлемента.

по­

проходя щи м через точку ввода лу­

ча, и линией луча.

Разрешающая способность при УЗ КОН­

троле

эхометодом

определяется

минuмШ/ь­

ным расстоянием между двумя одинаковыми отражателями,

на

котором они регистриру­

ются раздельно.

Различают

фронтальную

разрешающие

(рис.

16.89).

t!.l

t!.r

и

способности

Лучевая определяется минималь­

ным расстоянием выявляемыми

t!.r

'"

расположенными

t!.r

зависит от частоты и

излучаемого импульса, мак­

симальной скорости развертки и наличия за­ держанной развертки. Влияние частоты связа­ но с зависимостью от частоты времени свобод­

ных колебаний 'с. Обычно t!.r = Фронтальная между двумя

чение

t!.l

величин:

(1,5 .. .2,0)л..

разрешающая

минимальным раздельно

телями, залегающими

16.89.

способность

расстоянием

выявляемыми

t!.l

отража­

на одной глубине. Зна­

должно превыатьь большую из двух

К поиитию разрешающей способиости: а

-

лучевой; б

-

фронтальной

Мертвая зона. При УЗ контроле эхоим­

хода луча вдоль акустической

оси ПЭП. Величина

определяется

Рис.

между двумя раздельно

отражателями,

в направлении

длительности

лучевую

пульсныM

методом

на

вход

приемно-усили­

тельного тракта кроме эхосигналов от дефек­ тов

поступает импульс от генератора

импуль­

сов возбуждения. Если дефект расположен в зоне него

под поверхностью так, что эхосигнал от возвращается

раньше,

чем

окончилось

излучение генератора, то дефект обнаружен не будет (рис.

16.90).

Мертвой ЗОНОЙ называется

подповерхностная область изделия СО сторо­

ны

установки

nреобразователя,

в

которой

дефекты заданного размера не могут быть выявлены

данной

испытательной

(дефектоскоп и nреобразователь).

системой

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

307

.... 3

1\

...

"

-

)

Рнс.

Д

используют

Рис.

-

Д

-

определенне

мертвой зоны

д

З

16.91. Экспериментальное

16.90. К

в

практической

дефектоскопии.

Необходимый уровень чувствительности уста­ навливается

поиитню мертвой зоны:

органами

регулировки

дефекто­

импульс от генератора (зондирующий);

скопа и зависит от акустических свойств кон­

донная поверхность; д

тролируемого изделия. Для того чтобы резуль­

несплошность

-

таты УЗ контроля были достоверны и воспро­

Размер мертвой зоны М при контроле прямым и наклонным преобразователями зави­

и

оценка

их

допустимости

должны

про из во­

диться на строго определенных уровнях чувст­

сит от: длительности

пульса

изводимы, поиск несплошностей, регистрация

'н'

электрического

поступающего

на

им­

пьезоэлемент

и

Далее рассматриваются различ­

ные уровни чувствительности.

с

генератора импульсов возбуждения;,. конструкций

вительности.

Опорным называют уровень чувствитель­ ности, при котором эхосигнал от искусственно­

характеристик

ПЭП.

Степень демпфирован ия пьезоэлемента влияет

на длительность его свободных колебаний ' с

го или естественного отражателя в образце из материала

с

свойствами

определенными

или

в

акустическими

контролируемом

изделии

после окончания воздействия электрического

имеет заданную высоту на экране дефектоскопа.

импульса.

Отражатель, который используют при установке

Зная значения ' н и 'с, можно оценить

мертвую зону для прямого ПЭП:

опорного

уровня,

Например,

при

также

называют

настройке

опорным.

чувствительности

часто используют эхосигнал от цилиндрическо­

(16.37) где С! -

скорость продольной волны в контро­

лируемом изделии.

Для

наклонных

ПЭП

мертвая

зона

уменьшается с увеличением угла призмы. Это­

му способствует также увеличение частоты УЗ колебаний

и

размеров

призмы.

Объясняется

это тем, что с возрастанием частоты и габарит­ ных размеров призмы падает уровень ревербе­ рационных шумов, обусловливающих в основ­ иом мертвую зону наклонного ПЭП. При мертвой

экспериментальном зоны

дефект

считается

определении выявленным,

если впадина между зондируюшим и эхоимпуль­

сом от дефекта составляет ~6 дБ (рис. Чувствительность.

Это

16.91).

параметр

го отверстия диаметром

6

мм в стандартном

образце СО-2. Уровень чувствительности, уста­ новленный при этом, называют опорным, а от­

верстие диаметром

6 мм опорным отражателем.

Контрольным вительности,

при

именуют уровень чувст­

котором

измеряют

характе­

ристики обнаруженных несплошностей и оце­ нивают

их

допустимость

по

предельным

зна­

чениям характеристик (условной протяженно­ сти, высоте и др.). В некоторых документах этот

уровень

чувствительности

называют

уровнем фиксации, или уровнем регистрации. Во

многих

случаях

чувствительности

на

контрольном

уровне

фиксируют непротяженные

несплошности.

Браковочным

считается

уровень чувст­

вительности, при котором оценивают допусти­

УЗ

мость обнаруженной несплошности по ампли­

контроля, определяюший возможность выявле­

туде эхосигнала. В отечественных документах

иия при контроле отражателей заданного разме­

браковочный уровень обычно задают макси­

ра. Функциональную характеристику параметра

мальными эквивалентными размерами отража­

«чувствительность»,

на­

теля, допустимого по техническим условиям на

чувствительности.

данное изделие. В некоторых зарубежных до­

значение,

именуют

указывающую уровнем

на

Понятие «уровень чувствительности»

его

широко

кументах браковочный уровень задают превы-

Глава

308

16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

шением (в децибелах) амплитуды эхоимпульса

дефектоскопа.

от дефекта над контрольным уровнем. Обычно

возможности дефектоскопа по выявлению не­

браковочный

сплошностей наименьших размеров на задан­

уровень

ниже

контрольного

не

6 дБ.

менее чем на

Если

хотят

охарактеризовать

ной глубине, то говорят о м а к с и м а л ь н о й

Поисковым называют уровень чувстви­

предельной

чувствительности

-

тельности, устанавливаемый на дефектоскопе

предельной чувствительности при максималь­

при поиске дефектов. Обычно он превышает

ной чувствительности приемника и мощности

контрольный уровень не менее чем на

генератора

6

дБ.

Необходимость установления поисковой чув­

и

заданном

соотношении

сиг­

нал/помеха.

в динамиче­

Уровень чувствительности можно задать

ском режиме (при перемещении ПЭП) ухудша­

и косвенным путем с использованием условной

ется акустический контакт ПЭП с изделием,

чувствительности.

следовательно, через границу раздела проходит

14782-86

ствительности связана с тем,

что

В

соответствии

условной

называют

с

ГОСТ

чувствитель­

меньшее количество звуковой энергии, чем в

ность, характеризуемую размерами и глубиной

статическом режиме.

залегания

Кроме того, поиск дефектов проводится с определенным шагом. Это значит, что не все­ гда акустическая ось ПЭП проходит над цен­ тром отражателя режиме

поиска

эхосигнал.

дефект

Для

увеличивают

(дефекта), Т.е. дает

не всегда в

максимальный

компенсации

этих

чувствительность

потерь

при

и

поиске.

Излишнее увеличение чувствительности приво­ дит к возрастанию мертвой зоны и снижает про­

изводительность контроля в случае большого количества

мелких

несплошностей

в

связи с

необходимостью оценки эхосигналов от них. Поисковому уровню соответствует самая высокая

чувствительность,

Т.е.

в

этом

случае

будут выявляться даже самые маленькие не­ сплошности

-

все, что даст эхосигнал, равный

или выше линии поискового уровня. Браковоч­ ному уровню соответствует самая низкая чув­ ствительность, Т.е.

выявление только крупных

несплошностеЙ. По способу задания различают следую­ щие виды чувствительности.

Эквивалентной

называют

чувствитель­

искусственного

отражателя

определен­

ных формы и ориентации, который еще обна­

руживается на заданной глубине в изделии при данной если

настройке

дефектоскопа.

чувствительность

задана

Например,

размерами

за­

рубки или цилиндрического отражателя, то ее

Условную чувствительность по стандарт­

ному

образцу

глубиной

дном,

то

торец

получают

отверстия

частный

лентной чувствительности

-

с

случай

плоским

эквива­

предельную чув­

ствительность. П р е д е л ь н у ю те л ь н о ст ь

(в

выражают

наибольшей

мм) расположения

СО-1

цилиндриче­

ского отражателя, фиксируемого индикаторами дефектоскопа, СО-2

-

и

по

стандартному

образцу

разностью (в дБ) между показанием

атгенюатора при данной настройке дефектоско­ па

и показанием,

при

отверстие диаметром

котором цилиндрическое

6

мм на глубине

мм

44

фиксируется индикаторами дефектоскопа. Понятие

«условная

чувствительность»

было введено в связи с желанием иметь про­ стой и надежный способ задания чувствитель­ ности, воспроизводимой

с высокой точностью

любым дефектоскоп истом в любой точке стра­ ны. Достаточным условием для этого является наличие стандартного образца СО-1 или СО-2, а в случае использования

последнего необхо­

димо также иметь дефектоскоп

с атгенюато­

ром, градуированным в децибелах. Общим для всех трех способов задания чувствительности

является

воспроизведении

данной

то,

что речь идет о

настройки

дефекто­

скопа. Принципиальная разница заключается в том,

что эквивалентная

тельности

стики

учитывают

(в первую

и

предельная

акустические

очередь

В некоторых

Если в качестве искусственного отража­ используют

отража­

чувстви­

характери­

затухание)

объекта

контроля, а условная не связана с ними.

называют эквивалентной. теля

искусственных

определенными акустическими свойствами.

ность, характеризуемую минимальными разме­ рами

выявляемых

телей, выполненных в образце из материала с

характеризуют

ч у вств и

-

минимальной

тельность

в

от

заданного

(в

опорного

SA-388

«...

ла

...».

1О %

это

регистри­

руют отдельные индикации, равные или

рованным

акустической

процентах

записано следующим образом:

вышающие

к

стандартах

уровня. Например, в спецификации

площадью отверстия с плоским дном, ориенти­

перпендикулярно

зарубежных

частности, в США) принято задавать чувстви­

пре­

от амплитуды донного сигна­

Такой способ задания чувствительности

оси ПЭП, которое обнаруживается на заданной

напрямую

глубине в изделии еще при данной настройке

ственных понятиЙ.

не вписывается

ни в одно

из отече­

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

С

целью

характеристики

309

технических

возможностей

дефектоскопа

в части усиления

электрических

сигналов введено понятие «аб­

солютная чувствительность».

Абсолютная деляется

чувствительность

отношением

минимального

опре­

акустиче­

ского сигнала, который регистрируется дефек­ тоскопом,

к

амплитуде

акустического

Рнс.

зонди­

ствительность», литературе,

применяемое

идентично

ранее

выражается

в

рассмотренному

максимальную

чув­

предельную

то говорят

о реальной

чувствительности. Реальная чувствительность характеризуется

минимальными

несплошностей

на

данными

средствами

параметрах

типа,

контроля

контроля

е н = ан

и

схеме

при про­

-

тов

при

данных

может

служить

основанием

точности

Здесь допол­

16.4.1.

ширины диаграммы

ленности на уровне

n

линейностью

16.92).

направ­

ДЛя этого на­

клонный ПЭП устанавливают на поверхность стандартного образца СО-2. Получают

максимальный эхосигнал от отверстия диамет­ ром

6

мм и аттенюатором доводят высоту эхо­

импульса

до

заданного

уровня.

Считывают

показание аттенюатора А о (в дБ), а напротив

точки выхода ПЭП на образце

-

значение угла

ввода а. Затем повышают силу на

n дБ

высота

эхоимпульса

не

горизонтальной

дефектоскопом

развертки

отсчитывается

на

по

(если

положению

горизонтальной

соответствия

принятому

линии

раз­

фактической

скорости

и ПЭП

уменьшится

до

заданного уровня. В этом положении напротив точки выхода считывают величину угла ан.

После этого возвращаются к максимуму и

смещают ПЭП в направлении от отверстия до

значению

при

использовании

на­

клонных ПЭП; правильности

установки

нуля отсчета

расстояний (задержки развертки); точности

ПЭП положения,

определения

наклонным

в котором достигается

мак­

симальный эхоимпульс от дефекта.

Шаг сканнровании. Обычно применяют один

из

двух

вариантов

речно-проДольное

или

сканирования:

попе­

продольно-поперечное.

Способ сканирования, при котором ПЭП пере­ мещают

в

поперечном

направлении

тельно контролируемого

сечения,

ски сдвигая на определенное дольном

направлении,

продольными (рис.

смещают в направлении отверстия до тех пор, пока

измерения

звука установленной на дефектоскопе;

А (для углов ввода ~650) или Б (для углов вво­

>650)

средств

вертки)];

дБ наклонного ПЭП в

плоскости падения (рис.

современных

ницах времени или расстояния (если использу­

нительно рассмотрим способ эксперименталь­ ного определения

от акустической

соответствия фактического угла ввода

поля ПЭП достаточно

подробно описана в разд.

вверх

ется цифровой глубиномер) либо определяется

для оценки эффективности УЗ контроля. Направленность

дБ

а, а вниз от акустической оси

BpeMeHHblx интервалов [она выражается в еди­

большой серии объектов этого вида. Реальная

да

-

использовании

эхоимпульса

чувствительность

умень­

контроля зависит от:

зультате

обработки

не

а.

координата

статистической

эхоимпульса

Точность измерения координат дефек­

звучивания. Она может быть определена в ре­ контроля и металлографического исследования

n

уровне

размерами

конкретного

выявляемых в конкретном объекте на заданной заданных

сти

оси е. = а.

при контроле,

высота

ние угла а •. Ширина диаграммы направленно­

чувст­

И, наконец, когда хотят поставить вопрос

глубине

пока

можно

о фактических размерах несплошностей, выяв­

реальных

пор,

шится до заданного уровня. Считывают значе­

вительность.

ляемых

тех

Ис­

децибелах.

пользуя абсолютную чувствительность, определить

определенне

направленности

наклонного ПЭП в плоскостн падення

в отечественной

понятию «резерв усиления». Абсолютная ствительность

16.92. Экспериментальное

шнрнны диаграммы

рующего импульса. Понятие «абсолютная чув­

относи­

систематиче­

расстояние

называют

в про­

поперечно­

16.93, а).

При продольно-поперечном способе ска­ нирования

ПЭП

направлении

сечения, ленное

(рис.

перемещают

относительно

систематически

расстояние

16.93,6).

в

в

продольном

контролируемого

сдвигая

поперечном

на

опреде­

направлении

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

310

--

L1c

-....-

I~J8apHOU

--

--.-... ----

ПЭП

--

~

....

"з

.....

-

й)

Рнс.

16.93. Схемы

-

--

шоВ

~

(

АС,·

':!J. 1-- ~ ~ РП.1П

,

-

~

О)

сканнровання шва посредством

поперечно-проДольного (а) н продольно-поперечного

(6)

Рнс.

перемешення пзп

16.94. Стандартный

(вид Ж повернут. Стенка

Расстояние риями

точки

между

ввода

соседними

упругих

определения

траекто­

колебаний

при

любом способе сканирования называют шагом

образец СО-l

1 не

показана)

условной

чувствитель­

ности (в мм) глубины залегания цилиндриче­ ского отверстия (ПЭП в положении А);

оценки точности работы глубиномера

сканирования.

При поперечно-проДольном перемещении

(прямой ПЭП в положении Б) дЛЯ дефектоско­

ПЭП шаг сканирования для изделий толщиной

пов, у которых глубиномер калиброван в еди­

~50 мм обычно

выбирают

размера пьезоэлемента

дикулярном толщиной

к

равным

перемещению.

<50

половине

в направлении,

перпен­

Для

изделий

мм он определяется

экспери­

ментально и соответствует половине условной протяженности

дью,

равной

фекту,

дискового

отражателя

минимально

определенной

на

площа­

фиксируемому

поисковой

де­

чувстви­

тельности.

Образцы для УЗ контроля.

Образцом

называют средство УЗ контроля в виде твердо­ го тела,

предназначенное

произведения

значений

(геометрических затухания),

для

хранения

физических

размеров,

используемых

скорости для

и

вос­

величин

звука,

проверки

или

настройки параметров дефектоскопа и преоб­ разователей.

Различают стандартные образцы (СО) и стандартные образцы предприятия (СаП). К

стандартным

относят образцы

СО-2, СО-З, описанные в ГОСТ также образцы Ю, К2,

VW, CBU,

СО-1,

14782-86,

а

ницах времени. Время прохождения УЗ рас­ стояния

от поверхности,

лен ПЭП, до пропила оценки

на которую установ­

20 мкс;

лучевой

разрешающей

жении В). При этом если все три отражателя разрешаются, то на экране дефектоскопа на­ блюдаются три импульса (рис.

1 - 2 - 5,5

мм;

2 - 3 - 11

оценки

расстоя­

мм;

лучевой

разрешающей

спо­

собности наклонного ПЭП (наклонный ПЭП в положении Г). При этом на экране дефектоско­ па появляются три импульса от поверхностей цилиндров,

расстояния

между

которыми

(импульсами) соответствует по стали:

5,5

мм;

2 - 3 - 11

Стандартный

образец СО-2 (рис.

изготовляют из стали

20.

5900 ±59 м/с.

16.96)

Скорость продольной

волны в образце при температуре С, =

1- 2-

мм.

20 ±50

равна

Стандартный образец СО-2

меняемые в европейской международной прак­

16.94)

изготовляется

марки

органического

16.95),

ния между которыми соответствуют по стали:

широко при­

тике. Стандартный образец СО-1 (рис. из

спо­

собности прямого ПЭП (прямой ПЭП в поло­

стекла

1

3

1.....

ТОСП. Коэффициент затухания продольной УЗ волны в образце при частоте

2,5 ±0,2

1...

МГц и

температуре 20 ±5 ос составляет 0,ЗО±0,04см· 1 • Скорость с,

продольных

волн

в

образце

= 2670 ±IЗЗ м/с. Стандартный образец СО-1

предназначен для:

Рнс.

16.95. Картнна

на экране дефектоскопа

прн оценке разрешаюшей способностн

по образцу СО-l

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

д-д

А

г<~t--"&':::::о'Т7:",-1--..:;:r;::::;б'~",,~" 210

Стандартный изготовляют

16.96. Стаидартный

образец СО-З (рис.

20

из стали

16.97)

или СтЗ. Скорость

продольной волны в образце С/ =

5900 ±59

м/с.

Этот образец предназначен для: определения точки

-

выхода УЗ луча

(для этого наклонный ПЭП устанавливают над центральной риской, небольшими перемеще­ ниями

Рис.

311

находят

положение,

соответствующее

максимальному эхосигналу; точка выхода рас­

образец СО-2

положена точно над центральной риской об­ используют для настройки

и про верки

пара­

метров при УЗ контроле объектов из малоугле­ родистой и низколегированной сталей и опре­ деления условной чувствительности

при кон­

троле любых материалов. Его применяют для: определения

мера (прямой

погрешности

ПЭП в положении

глубино­

А). Время

прохождения УЗ расстояния от поверхности до дна

20

мкс; измерения угла ввода луча (наклон­

ный ПЭП в положении Б или Б'). Перемещая наклонный ПЭП около этих положений, полу­ чают максимальный эхосигнал. Величину угла ввода считывают по риске напротив точки вы­ хода;

проверки мертвой зоны дефектоскопа с преобразователем (ПЭП в положении В или В'); определения условной чувствительно­

сти в децибелах (ПЭП в положении Б или Б'); определения предельной чувствитель­

ности (с использованием опорного отражателя диаметром

6 мм, ПЭП в положении

разца); определения

условной

чувствитель­

ности для наклонного ПЭП; определения

предельной

чувстви­

тельности для наклонного ПЭП;

настройки

глубиномера для

наклон­

чувствительности

для на­

ногоПЭП; настройки

клонного ПЭП. Все

указанные

операции

выполняют

выхода совпадает с центром О образца. последние

операции

только для

объектов

могут

из малоуглеродистой

Стандартный образец кl (рис.

16.98)

диаметром

50

мм запрессовывают цилиндр из

органического

волн в образце вых

-

Ct =

стекла.

К 1 С/ =

3255 ±15

Скорость

5920 ±ЗО

продольных

м/с; сдвиго­

м/с. Образец кl предназна­

направленности (перемещение

Б или Б');

настройки глубиномера дефектоскопа с прямым ПЭП (ПЭП в положении А или Г); настройки чувствительности дефекто­ с

использованием

отверстия диаметром

6

опорного

сигнала

от

Рнс.

16.97. Стандартный

образец СО-3

мм (наклонный ПЭП в

положении Б или Б'). При контроле соединений из

металлов,

отличающихся по акустическим характеристи­

кам от малоуглеродистой и низкоуглеродистой сталей, для определения указанных параметров

(исключая погрешность глубиномера) следует применять стандартный образец СО-2А, изго­ товленный

из

соответствующего

материала.

Конструкции образцов СО-2А и СО-2 одинако­ вы, однако угловые деления и время пробе га продольной волной пути

59

мм должны быть

определены для данного материала.

из­

готовляют из углеродистой стали. В отверстие

наклонного преобразователя около положения

скопа

и

низколегированной сталей.

измерения ширины основного лепест­

ка диаграммы

Три

осуществляться

чен для:

Б или Б');

в

положении наклонного ПЭП, когда его точка

Рис.

16.98. Стандартный

образец Кl

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

312

настройки глубиномера дефектоскопа

Е

и про верки линейности развертки. При этом в

зависимости от требуемого диапазона настрой­ ки, прямой ПЭП устанавливают в одно из по­ ложений А,

А 4 (рис.

-

Время прохожде­

16.99).

ния продольной волной пути в оргстекле (по­ ложение А 4 ) соответствует времени прохожде­ ния расстояния

50

мм по стали;

Рис.

настройки глубиномера дефектоскопа для

сдвиговых

волн.

Для

этого

16.100. Определеиие угла ввода наклонного - В) и разрешающей способности прямого

ИЗИ (А

ИЗИ (Е), оценка мертвой зоны (Г, Д)

наклонный

ПЭП устанавливают в положение В; настройки

скорости

развертки

для

сдвиговых волн. При этом прямой ПЭП поме­ щают в положение Б. Время прохождения про­

дольными волнами пути в

мм соответствует

91

времени

прохождения

пути в

мм. Таким образом, данные импуль­

50

сдвиговыми

волнами

сы следует устанавливать на отметках

150 мм

50, 100,

и Т.д.;

задания условной дефектоскопа

с

прямым

точки

выхода

наклонно­

го ПЭП. В этом случае наклонный ПЭП поме­ щают в положение В, небольщими перемеще­ ниями его получают максимальный от

цилиндрической

100

мм.

В данном

эхосигнал

поверхности

положении

радиусом

точка выхода

пользуют

поверхности

угла

ввода

наклонного

образца,

расположен­

ные на разных расстояниях (ПЭП в положени­ ях А, В) или в материале с повышенным зату­

ханием (ПЭП в положении Б

-

на поверхности

цилиндра из оргстекла); условной

чувствительности

дефектоскопа с наклонным ПЭП. В качестве опорного отражателя используют двухгранный

угол, образованный плоскостью образца К 1 и цилиндрической поверхностью отверстия диа­

метром

1,5

мм (см. рис.

16.101,

ПЭП в положе­

нии Г);

расположена над пропилом в образце К1; измерения

16.1 О 1).

(рис.

При этом в качестве опорного отражателя ис­

задания

определения

чувствительности

ПЭП

настройки чувствительности дефекто­

скопа при работе с наклонным ПЭП. В качест­

ПЭП. ДЛЯ этого ПЭП устанавливают в положе­

ве

ния А, Б и В (рис.

соответст­

ренней поверхности цилиндра радиусом

венно

Получают

(см. рис.

16.100) для углов 35 ... 60; 60 ... 75 и 75 ... 800.

опорных

используют эхоимпульсы

16.99,

верхностей диаметром

поверхности радиусом

положения А, Б) и

мм. Угол ввода счи­

тывают с делений, расположенных под точкой проверки мертвой зоны прямых или

раздельно-совмещенным ПЭП (см. рис.

50

мм (см. рис.

мм (см. рис.

16.100, 16.100, по­

ления предельной чувствительности.

Стандартный

проверки разрещающей способности

16.99.

(рис.

16.102)

настройки глубиномера дефектоскопа клонными

(положение

Б)

преобразователями

16.103);

08

$t

К2

при работе с прямыми (положение А) и на­ (рис.

I

образец

предназначен для:

прямого ПЭП (ПЭП В положении Е);

Рис.

1,5

ложение В). Эти же поверхности можно ис­

16.100,

ПЭП в положениях Г, Д);

[dA_!

мм

пользовать для задания условной или опреде­

выхода луча;

Аз

100

положение В), наружных по­

максимальный эхоимпульс от цилиндрической

50

от внут­

1

А2

Использоваиие образца Кl

для иастройки глубииомера

Рис.

16.101.

Задание условной чувствительностн

дефектоскопа с использованием образца Кl

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

313 100 70· ,-, ,

,л[

КОЛ6це6анрuска ф9

16.102. Стандартный

Рнс.

15

образец К2

tB

(':'[/2-,1 "-', I

О. .

_ ._ 1 1 . . . -

Д 6е кальце66/е риски Ф

~

Вид ба

/2

А -А

Рнс.

16.103.

определения

точки

выхода

луча

вают в положение Б (см. рис.

16.103),

получают

максимальный эхоимпульс от цилиндрической поверхности радиусом точка

выхода

дуги радиусом

25

венно

35 ... 65

и

8

'------------L@

этом положе­

расположена

под

f1--=М

8

Рис.

центром

16.104. Стандартный

образец

CBU

мм;

измерения

ПЭП (положения

мм.

25

lJшJ

для

наклонных ПЭП. Преобразователь устанавли­

нии

~

Dримеиеиие стаидартиого образца К2

угла

ввода

наклонных

8 и Г для углов соответст­ 65 ... 70°). Получают макси­

мальный эхоимпульс от отверстия диаметром

5

мм.

8

этом положении угол ввода считывают

по метке, расположенной под точкой выхода Рис.

ПЭП;

16.105. Настройка

скопа при работе с наклонными ПЭП. стве

опорных

гнутых

сом

25

используют

цилиндрических

эхосигналы

8

каче­

от

во­

поверхностей радиу­

(ПЭП в положении Б) или

положении Б с разворотом на

стия диаметром

5

мм (ПЭП в

50 мм (ПЭП в 180°) и от отвер­ положении 8 или

Г в зависимости от угла ввода). Эти же отража­ тели можно использовать для задания условной или определения предельной чувствительности.

Материал и акустические свойства образ­ ца К2 такие же, как и у образца К1. Стандартный образец С8и (рис.

16.104),

глубиномера дефектоскопа

стандартным образом

настройки чувствительности дефекто­

CBU

настройки глубиномера дефектоскопа при работе с наклонными ПЭП (положение Б); определения точки

выхода

наклонно­

го ПЭП (положение Б); измерения

ПЭП (положения

угла

81, 82

проверки

ввода

на рис.

наклонного

16.106);

разрешающей

способности

прямого ПЭП (положения Г I , Г 2 на рис.

16.106);

контроля мертвой зоны прямых и раз­

дельно-совмещенных рис.

ПЭП

(положение Д на

16.107);

изготовленный из материала с такими же аку­

стическими свойствами, как и у образца К 1, предназначен

для:

настройки глубиномера дефектоскопа для прямого ПЭП И проверки линейности раз­ вертки.

8

зависимости от требуемого диапазо­

на настройки прямой

ПЭП устанавливают в

одно из положений А" А 2 (рис.

16.105);

Рнс.

16.106. Определение

угла ввода наклонного

DЭD (В,. В 2 ) и разрешающей способности прямого

ЛЭЛ (Г., Г 2 )

Глава

314

16.

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ

В СОП выполняют искусственные отра­ жатели, нах Рнс.

16.107. Ороверка

мертвой зоны прямых н

раздельно-совмещенных ПЗП

скопа

с

прямым

или

раздельно-совмещенных

ПЭП использованием эхосигнала от плоскости (положения А I , А 2 на рис. ных отражателей

16.106

16.105),

(положения

и Д на рис.

плоскодон­

Г I , Г 2 на рис.

или цилиндрическо­

16.107)

го отражателя (положение Г 3 на рис.

16.106).

Эти же отражатели годятся для задания услов­

имитирующие

на различных естественные

глуби­

дефекты

изделий. Конкретные типы СОП и области их применения

гими

настройки чувствительности дефекто­

расположенные

и

определяются

методическими

стандартами

документами,

и дру­

регламен­

тирующими УЗ контроль. Наибольшее

распространение

СОП

с

виде

плоскодонных

(ПДО),

искусственными

дисковых

ориентированных которых

направлена

в

отражателей

перпендикулярно

УЗ лучу, и цилиндрических зующая

получили

несплошностями

к

отверстий, обра­ перпендикулярно

к УЗ лучу. Измеряемые характеристики дефектов.

ной или определения предельной чувствитель­

Основным параметром, по которому в эхоим­

ности;

пульсном методе судят о величине обнаружен­ настройки

чувствительности

для на­

ной несплошности,

является амплитуда отра­

клонных ПЭП с помощью опорного сигнала от

женного от нее сигнала. Эхоимпульс на экране

внутренней поверхности дуги радиусом

дефектоскопа,

(положение Б на рис.

16.105)

ского отражателя (положение В, на рис. Эти же отражатели

50

мм

или цилиндриче­

16.106).

можно использовать для

задания условной или определения предельной

этого

возникший

сигнала,

при

сравнивают

искусственного

прохождении

с эхоимпульсом

отражателя

заданной

от

геомет­

рической формы, условно помещенного в ту же точку изделия, где находится дефект. Как было отмечено ранее, реальные де­

чувствительности.

Стандартный образец

VW

(рис.

16.108),

фекты отличаются

от идеальных

геометриче­

изготовленный из материала с такими же аку­

ских моделей. Вследствие этого при одинако­

стическими

вой

свойствами,

как

у

образца

К1,

амплитуде

эхоимпульсов

предназначен для настройки глубиномера де­

стей и искусственного

фектоскопа при измерении малых толщин.

рические

Стандартные образцы К1, К2,

VW, CBU

применяют для настройки и проверки парамет­

ров при УЗ контроле объектов из малоуглеро­ дистой и низколегированной сталей, за исклю­

чением параметра условной чувствительности, который можно использовать для любых мате­ Стандартные

образцы

предприятия

(СОП) получили широкое распространение для

настройки глубиномера и (или) чувствительно­ сти дефектоскопа. СОП воспроизводят акусти­ ческие свойства материала, конфигурацию, а форму

и

шероховатость

поверхности

контролируемых изделий.

как

правило,

Поэтому в УЗ дефектоскопии стики

геометрических

несплошности

отличаются.

для характери­

размеров

используют

выявленной

понятие

«эквива­

лентный размер». Если в качестве отражателя, используемого

для

сравнения,

принимают

не

ПДО, а какой-нибудь другой, то определение эквивалентного

риалов.

также

размеры,

от несплошно­

отражателя их геомет­

вместо

размера

круглого

идентично,

плоскодонного

только

используется

предлагаемый тип отражателя.

Акустическое поле, формируемое преоб· разователем

в

изделии,

представляет

пучок, ширина которого изменяется ной.

При

(рис.

16.109)

перемещении

ПЭП

слева

собой

с глуби­ направо

эхоимпульс возникает, когда де­

фект Д озвучивается правой частью пучка. При

пересечении акустической осью ПЭП центра

7

дефекта эхоимпульс максимален. Таким обра­

G

J

z

зом, при перемещении ПЭП над компактным (точечным) дефектом эхоимпульс от него на­ блюдается не в точке, а на некотором участке

протяженностью

2L o. Поскольку ширина пучка

(ширина диаграммы направленности) зависит от того, на каком уровне она определяется, то и

Рнс.

16.108. Образец VW.

Толщнну каждой

ступенн указывает цнфра над ней

2L o изменяется

в некоторых пределах при из­

менении усиления дефектоскопа.

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

315

в отечественной практике получил также применение

способ,

представляющий

комбинацию двух вышеназванных:

собой

определе­

ние условных границ по положениям преобра­ зователя,

при которых амплитуда эхоимпульса

n дБ

от дефекта уменьшается на симального

16.109. К поиятию

Рис.

значения

или

от своего мак­

до

контрольного

уровня чувствительности (с учетом

глубины

залегания несплошности),

из двух

при

этом

названных значений выбирают соответствую­

условиых rраннц

щее более высокому уровню чувствительности.

компактноrодефекта

Условной протяженностью Если дефект имеет протяженность, то

ero

границы, определенные эхоимпульсным мето­

ное расстояние

дом,

ми в данном направлении.

также

(рис. пии

16.11 О).

MOryr

от

истинных

В связи с этим в УЗ дефектоско­

используют

несплошности». ности

отличаться

понятие

«условные

Условной

границей

называют

rеометрическое

границы

поло­

жений центра прямоrо ПЭП или проекций на поверхности

контроля

отражающих

точек

не­

сплошности

при контроле наклонным

положениях,

при которых амплитуда эхосиrна­

ла от несплошности

достиrает

ПЭП в

заданноrо

ных границ: относительный и абсолютный.

Способ определения условных границ по положению преобразователя,

при которых ам­

плитуда эхосиrнала от дефекта уменьшается на

n

дБ от

cBoero

максимальноrо значения, назы­

вают относительным. тике чаще ние

n

Bcero n

=

6

Рассмотрим

В отечественной

прак­

дБ, в зарубежной значе­

направления

граница­

измерения

ус­

При контроле сварных швов наибольшая протяженность

наблюдается

правлении вдоль шва (рис. тике

встречаются

случаи

чаще всего в на­

16.111),

хотя в прак­

расположения

протя­

женных дефектов под некоторым yrлом к про­ дольной оси сварного шва или поперек шва.

Условной шириной !1х дефекта называют

уров­

ня. Известны два способа определения услов­

между его условными

ловной протяженности.

несnлош­

место

дефекта в

f't./

каком-либо направлении называют максималь­

расстояние

между

его

условными

границами

при перемещении наклонного ПЭП в плоско­ сти падения луча (рис.

16.112).

Разность пока­

заний глубиномера дефектоскопа, снятых в тех же

положениях

наклонного

ПЭП,

называют

условной высотой /)J{ дефекта. При контроле зеркально-теневым мето­

дом условные границы дефекта определяют по положениям точки выхода ПЭП, в

которых

при контроле сварных соединений обыч­

амплитуда донного сигнала достигает уровня,

но зависит от толщины контролируемоrо объ­

заданного нормативными документами. Обыч­

екта и возрастает с увеличением толщины от О

но задают поисковый или контрольный уро­

до

вень чувствительности.

12 дБ.

Условнымрасстоянием М между дефек­

Способ определения условных границ по положениям

преобразователя,

при

которых

тами

называют расстояние между крайними

амплитуда эхоимпульса от дефекта уменьшает­

положениями ПЭП, по которым определялась

ся до заданного (например, до контрольного)

условная протяженность двух рядом располо­

уровия чувствительности (с учетом шубины зале­

женных дефектов (см. рис.

16.111).

гания неплошности), называют абсолютной.

Рнс.

Рнс.

16.110. К

понятню условных граннц

протяженного дефекта

16.111. Определение условиой протяженностн Al дефекта н условноrо расстояння AL

между дефектамн в сварном шве при контроле наклонным преобразователем

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

316

При

расчетном

способе

действуюшую

полуширину пучка приравнивают к полушири­ не

диаграммы

направленности

и

для

прямых

ПЭП с круглым пьезоэлементом определяют

по формуле

Рис.

16.112.

Измереиие условиой ширииы АХ и

Для

классификации

протяженные

и

L деф

величину

несплошностей

непротяженные

(рис.

16.113),

где угол е о определяется в зависимости от раз­

ности

условной высоты АН дефекта

на

используют

определяемую

максимальным расстоянием от условной гра­

IA max -Aol из табл.

16.7.

Значения А тах и А о считывают с аттенюа­

IA max - Aol -

тора;

модуль (положительное зна­

r-

чение) разности, дБ;

расстояние от поверх­

ности ввода до дефекта, мм; а

-

радиус пьезо­

- длина УЗ волны в изде­

ницы дефекта до точки, где наблюдается мак­

элемента ПЭП, мм; л

симальный

лии, мм; е о - полуширина диаграммы направ­ ленности на уровне max - Аоl дБ, град.

эхоимпульс

Величину

L деф

полушириной

от данного

сравнивают

пучка

L o.

с

дефекта.

действующей

Величина

Lo

быть определена экспериментально ирасчитана.

При метода

СОП,

использовании экспериментального

(см.

рис.

16.113)

соответствуюшую

дефекта.

выбирают

глубине

ступень

залегания

Находят искусственный отражатель,

эквивалентный по амплитуде данному дефекту, и

определяют

на

поверхности

IA

может

сканирования

Найденное одним из этих способов зна­

чение

реального дефекта. Этим расстоянием опреде­

ляется величина

Lo,

если L деф

> Lo-

протяженным. способом

можно

класси­

фицировать дефекты по параметру t:J{ (услов­ ной высоте). При м ер. Дефектоскоп USK

7S с преобразо­ B2SN (а = 12 мм,! = 2,0 МГц) на глу­ r = 150 мм обнаружен дефект А тах = 26 дБ. Его

вателем типа бине

L деф ' определенная

2L o.

с величиной L деф . Если

дефект считают непротяженным,

Аналогичным

СОП расстояние между условными границами на том же уровне чувствительности, что и для

L o сравнивают

L деф :::

Ао =

34

при

уровне

15

дБ, составляет

чувствительности

мм. Определить, является

ли данный дефект протяженным.

Решение. Из табл.

16.7 для

IA max

-

Aol

=

8 дБ

получаем

а . е

-slП

л

сип

Рис.

16.113. Экспериментальное

о

=

а!. е

-slП

с

0= 0,30.

Подставив значения, найдем sin е о = 0,074, 4,20, tg е о = 0,074. Итак, L o = 11,1 мм. Посколь­ ку L деф > L o, дефект классифицируется как протя­ ео =

определение

действующей полуширииы пучка

женный.

16.7. Определениеполушириныдиаграммы направленностие о

IA max -Aol Угол е о У с л о в н ы е

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

24

0,15

0,21

0,26

0,30

0,32

0,35

0,37

0,40

0,42

0,43

0,46

о б о з н а ч е н и я

: А тах

котором определяются условные границы, дБ.

- амплитуда эхоимпульса от дефекта, дБ; А о

-

уровень, на

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Основные операцни и схемы контроля..

соединения; А

на пять этапов, а именно:

ниваемой ОШЗ.

изучение

1)

объекта

контроля,

подго­

определение или выбор из имеющего­

2) ся

банка

технологического

процесса

(карты

-

по схеме «тандем», где Н

Все операции по УЗ контролю можно разбить

товка его к работе;

317

Переход

-

толщина сварного

длина ПЭП, В

на

ширина оце­

-

новую технологию

сварки

(например, двустороннюю вместо односторон­ ней или со щелевой разделкой вместо широ­ кой) требует обязательной корректировки про­

контроля) с указанием основных параметров

изводственной инструкции на основе экспери­

контроля и схемы прозвучивания;

ментальных

проверка исправности и основных па­

3)

раметров аппаратуры и подготовка ее к работе; личины дефектов, оценка качества шва; документальное

5)

на

Цель этих исследований

-

разобраться в

особенностях прозвучивания швов, оценить уро­

оформление резуль­

вень ложных сигналов от границы наплавленно­

го металла, характер структурной реверберации,

татов контроля.

Изучение объекта контроля слагается из

коэффициент затухания звука и Т.П. Технологи­

и

ческий процесс, или карта контроля, составляет­

сварки, а также с документами,

ся инженерно-техническим персоналом на осно­

ознакомления технологией

выполненных

щей разделкой их.

контроль, измерение координат и ве­

4)

исследований,

нескольких образцах-свидетелях с последую­

с

конструкцией

соединения

отражаюшими отступление от требования чер­

ве

тежей;

фектности или выполненных исследований, тре­

внешнего осмотра шва с измерением

априорных

статистических

данных

по

де­

его ширины, или катета, и ОШЗ; выбора схемы

бований ГОСТ

прозвучивания.

тивной документации. Он должен содержать всю

Если контролируемый шов имеет какие­

чертежах, то необходимо оценить, насколько они

мешают

контролю

и

могут

исказить

его

результаты. Дефекты должны быть устранены

Основным рабочим документом, на осно­

Если отклонения не позволяют провести достоверный нить

до

контроль, то его следует отме­

устранения

мешающих

причин

или

выполнять лишь факультативно, что фиксиру­ ют в соответствующем документе.

В содержащихся в отраслевых руководя­

щих документах (РД) требованиях под термином «объем

контроля»

понимают

протяженность

сварных соединений или площадь наплавок.

Другой критерий

-

объем сканирования

каждого отдельного сварного соединения. Его определяют

вании

которого

как

контролируемой

суммарную

протяженность

части соединения

непосредственно

проводится

неразрушающий контроль, является техноло­

гическая карта. для составления карт по кон­ кретному виду контроля как параметров

до контроля.

и отраслевой норма­

необходимую информацию для оператора.

либо наружные дефекты, конструктивные от­ клонения или особенности, не оговоренные в

14782-86

необходимо знание

контролируемого изделия, так

и технологии, оборудования и НТД и техноло­ гической документации, на основании которой

должен проводиться контроль. При этом ввиду сложности и громоздкости расчетов и необхо­ димости

учета

большого

числа

факторов

и

требований НТД возможны как объективные,

так и субъективные ошибки. В

ПЭП

процессе

сканирования

необходимо

непрерывно

вокруг его вертикальной оси на

наклонный

поворачивать

±15 0 ,

чтобы

обнаружить различно ориентированные дефек­ ты (рис.

16.114).

вдоль его

периметра, отнесенную к полной протяженно­ сти сварного соединения.

Поверхности сварных соединений в зоне перемещения ПЭП с обеих сторон сварного шва должны быть очищены от пыли, грязи, окалины. С них следует удалить забоины и неровности.

Ширина

подготовленной

зоны

с

каждой

~

а

+А +В-

tg

стороны

под

шва

контроль

должна

быть

при контроле совмещенны­

ми ПЭП прямым лучом и '?2Н

tg

а

+А +В-

при контроле однократно отраженным лучом и

Рис.

16.114. Скаиироваиие при соедииеиий

коитроле свариых

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

318

В

сварных

подлежит

мического

металл

соединениях шва,

УЗ

контролю

сплавления

и тер­

развертки

шие дефекты, к тому же недопустимые по су­ ществующим в РФ нормам оценки качества. Поэтому отменять критерий «эквивалентный

влияния.

При появлении участке

зоны

эхосигналов

на рабочем

чувствительность

снижается

до уровня предельной чувствительности,

размер дефекта» в настоящее время, на наш взгляд, нецелесообразно.

уста­

В ОШЗ возможны расслоения металла,

и если обна­

затрудняющие определение координат дефек­

руженный эхосигнал превышает этот уровень,

та. Зону шва, в которой обнаружен дефект на­

новленной

при эталонировании,

то измеряются

характеристики

неплошности

когда необходимо, тип отражателя

-

и,

плоскост­

ной он или объемный. Все эти характеристики определяются при контрольной чувствительно­ сти дефектоскопа. В швах с толщиной стенки

<15

мм условная высота обычно не определя­

ется.

В большинстве действующих в РФ отрас­ левых РД дЛЯ оценки качества используются

критерии, изложенные в ГОСТ

14782-86:

ам­

плитуда эхосигнала или эквивалентный размер (площадь или диаметр); условная протяжен­ ность;

условная

высота;

удельная

плотность

дефектов на единицу длины контролируемого

клонным ПЭП, следует дополнительно прокон­ тролировать прямым ПЭП

-

Следует заметить, что за рубежом идут активные дискуссии о том, целесообразно ли измерять эквивалентную площадь из-за малой

информативности этого критерия. Однако в качестве экспериментальной базы, послужив­

уточнения

его глубины. Степень

допустимости

обнаруженного

при УЗ контроле дефекта должна быть адек­ ватна его потенциальной опасности для экс­ плуатируемого оборудования. Основные пока­ затели опасности дефекта характеризуются его размерами и типом.

Оценка

степени

допустимости

обнару­

женной несплошности и перевод ее в разряд

дефекта проводятся по степени соответствия измеренных характеристик и

участка.

для

характера и размеров дефекта и определения

предельно

допустимым

их

совокупности

численным

значениям

этих же характеристик, заложенным в НТД.

Для контроля обычно при меняют прозву­ чивание эхометодом (рис.

16.115):

только пря­

мым лучом (а), прямым и однократно отра­

шей основой для таких сомнений, явились из­

женным лучом

мерения, как правило, дефектов, размеры кото­

лучом (в), по слоям

рых соизмеримы или даже намного превышали

включения в дефектоскоп (г), а также эхозер­

диаметр пьезопластины. По нашему мнению,

кальным,

эти результаты нельзя переносить на неболь-

дами.

(6),

многократно отраженным

-

по совмещенной схеме

зеркально-теневым

б)

6) Рис.

16.115. Способы

г) прозвучивания сварных соединений

и

дельта-мето­

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Способ прозвучиваиия прямым лучом (см. рис.

16.115,

а) является основным спосо­

319

большим числом ложных сигналов от валика выпуклости

шва

и

является

наименее

устойчивым.

мым лучом перемещается в ОШЗ от валика

случаями, когда не имеется доступа непосредст­

шва на расстоянии Х2 = Н

tg а + Ь / 2. Способ

наиболее помехоустойчив, Т.е. при его приме­ нении наблюдается

минимум ложных эхосиг­

налов от каких-либо элементов конструкции в зоне

соединения

штуцеров,

(приварных

различных

косынок

выфрезеровок

или

валика

Применение его

помехо­

бом контроля. ПЭП при прозвучивании пря­

ограничивается

венно к шву (например, стыковое соединение с

обеих сторон закрыто приварными накладками). Контроль по слоям наиболее достове­ рен. Он заключается в том, что прозвучивание проводят любым из перечисленных способов,

но эхосигналы фиксируют только на опреде­

выпуклости и т.п.). Недостатком его является

ленном рабочем участке развертки

!1t j ,

наличие

ляемом путем стробирования (рис.

16.115,

мертвой

зоны,

вызванной

тем,

что

выде­ г),

преобразователь упирается в валик выпуклости

Способ помехоустойчив, позволяет уменьшить

шва. Для плоских соединений размер мертвой

ошибки в оценке дефектов благодаря тому, что

зоны Н... может быть найден из выражения

предельная

Н... =(Ь/2

устанавливается

+ no)ctg а.

Следовательно, условием пересечения всего объема шва осью УЗ пучка, Т.е. условием полного

прозвучивания, является Ь

/ 2 :s н tg а -

по.

При контроле необходимо выбирать та­ кие параметры ПЭП (угол ввода а и стрелу по),

чтобы Н... была минимальна. Для особо ответ­ ственных изделий и в случае выявления небла­ гоприятной

статистики

распределения

дефек­

тов под валиком верхнюю часть шва целесооб­

разно прозвучивать преобразователем

~=

с углом

53 .. .550 или поверхностными волнами (см.

далее). всех

чувствительность

для

каждого

при

контроле

слоя

отдельно.

Но он, естественно, обладает наименьшей про­ изводительностью, поэтому наиболее эффек­ тивно его применение для контроля швов тол­

щиной

>50.,,60 мм.

Особенности УЗ контроля сварных со­ единений различных типоразмеров. Стыковые сварные соединения толщиной

3,5.,,60

мм

контролируют наклонными преобразователями прямым или

прямым и

однократно отражен­

ным лучом с одной поверхности изделия. Каж­ дый шов контролируютс двух боковых сторон. Исходя из особенностей контроля, все стыко­

вые сварные соединения листовых и трубных

Способ применяется для контроля швов

конструкций можно подразделить на четыре

толщин,

группы.

является

единственным

пригод­

ным для прозвучивания также швов толщиной

мм,

3,5 ... 10

выполненных

односторонней

1.

Сварные соедннення, выполненные

без подкладок. Особенностями сварных швов

сваркой с проплавлением, дефекты в которых

толщиной

находятся в корне. В последнем случае ПЭП

конструкций,

обычно перемещается только вдоль шва.

говой сваркой или сваркой в защитных газах,

Контроль прямым н однократно отра­ женным

щении рис.

лучом

ПЭП

16.115, 6).

осуществляется

между

при

точками

переме­

1- 3

(см.

Этот способ годится для кон­

троля с одной стороны изделия, а также про­

являются

3,5 ... 15

мм

листовых

полученных

выпуклость

и

трубных

односторонней

ду­

в корне шва и смещение

кромок. При контроле прямым лучом это обу­

словливает появление на экране дефектоскопа ложных эхосигналов от этих дефектов, совпа­ дающих

по времени

с эхосигналами,

отражен­

звучивания мертвой зоны. ПЭП при прозвучи­

ными от дефектов над корнем шва, обнаружен­

вании

ных однократно отраженным

прямым

и

однократно

отраженным

лу­

чом перемещают вдоль линии, отстоящей от

оси шва на расстоянии Х2 = 2Н tg а

+ Ь / 2,

где

Ь - ширина валика.

Так как

толщиной стенки, то отражатель, как правило,

не удается идентифицировать по местоположе­

Недостаток этого способа

-

зависимость

предельной чувствительности к дефектам, вы­ являемым

лучом.

эффективный диаметр УЗ пучка соизмерим с

отраженным

лучом,

от

состояния

поверхности. Поэтому, в частности, если сосуд

нию преобразователя

относительно

выпукло­

сти шва.

В целях повышения достоверности троля таких швов было предложено

кон­

вводить

заполнен жидкостью, то перед контролем она

временную селекцию, исключающую из обзора

должна быть удалена.

ту часть развертки, на которой возможно появ­

Контроль

лучом

(см.

рис.

многократно

16.115,

в)

отраженным

сопровождается

ление сигналов от неровностей. При этом при

прозвучивании

прямым лучом будет пропус-

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

320

каться

какое-то

число

дефектов

шва. Однако статистика

(>80 %

над

корнем

трещин и не­

вателем и швом, чем при обнаружении дефек­

тов над корнем шва);

проваров находится в корне шва) показывает, что

риск

невелик

от такой

и

системы

селектирования

вполне окупается практически

пол­

по

сопоставлению

координат

ное

система

сигнал от выпуклости в корне шва);

повышенной

точности

на­

различие,

стройки развертки дефектоскопа. Рис.

16.116

по

иллюстрирует схему настрой­

ки скорости развертки дефектоскопа и методи­

ку

обнаружения

дефектов

над

корнем

шва.

ам­

рон шва (если оба параметра имеют значитель­

ным исключением напрасной браковки. Такая требует

и

плитуды эхосигнала, измеренных с обеих сто­

тельно

следует

считать,

расположению

пространственного

что

получен

сигнала

положения

относи­ контро­

лируемого участка шва (в трубных стыках). На стыках,

плоскость

которых

эхосигналов

в

пуклости в корне шва в верхней части. На го­

зоной совпадений эхо­

ризонтальных стыках они располагаются более

дефектов,

корне шва; участок х

-

расположенных

СИГНlIЛов как от дефектов, расположенных над

Участок

8

женным

от дефектов

соответствует эхосигналам, отра­ в верхней части

шва.

Возможно также появление эхосигналов, отра­

женных от дефектов левее сигнала Д или в непосредствениой близости от него. При обнаружении эхосигнала в зоне сов­

Палений дефекты от неровностей в корне шва

вы­

Смещение кромок стыкуемых элементов может быть ошибочно прииято за корневой дефект. Смещение кромок из-за разной толщи­ ны элементов характеризуется сигналом, выяв­

ленным с одной стороны шва по всей его длине

или на большей его части. В этом случае надо измерять толщину стенок. Смещение кромок из-за несоосности стыкуемых труб характери­ зуется

появлением

сигналов

с

разных

сторон

шва в диаметрально противоположных точках.

отличаются по следующим признакам:

по координате эхосигнала (если обна­

появление

равномерно по периметру и возникают реже.

корнем шва, так и от выпуклости в корне шва.

По существу, это зона неуверенного контроля.

вероятно

вер­

тикально,

от

наиболее

расположена

Участок развертки а является зоной появления

При

контроле

сварных

швов

следует

иметь в виду, что в ОШЗ возможны расслоения

ружен сигнал вблизи левой границы зоны сов­

металла,

падений и его амплитуда превышает браковоч­

нат дефекта. В случае обнаружения дефекта

затрудняющие

определение

коорди­

ный уровень, то это свидетельствует о наличии

при контроле сварного шва зону, в которой он

недопустимого дефекта);

найден

по

расположению

преобразователя

наклонным

дополнительно

преобразователем,

проконтролировать

относительно линии сплавления шва (сигналы

преобразователем

от выпуклости в корне шва обычно выявляют­

дефекта и определения истинного значения его

ся при меньшем расстоянии между преобразо-

глубины.

Рис.

16.116. а

-

Схема контроля сварных соединений труб толщиной

настройка скорости развертки; б в

д, и дz

для

-

-

уточнения

нужно прямым

<15

-

мм:

осциллограмма дефекта;

разметка экрана после настройки скорости развертки;

- сигналы соответственно от нижнего и верхнего контрольных отражателей; Д П

характера

сигнал от дефекта;

сигнал, совпадающий с сигналом от дефекта по координате от выпуклостей в корне шва

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

в

швах,

выполненных

двусторонней

сваркой, как правило, ложные сигналы от зад­

ней кромки выпуклости приятностей,

чем

можен

полученных

одно­

после

Швы толщиной полняют

ронней

благодаря

более плавным

швы толщиной до

лости

тому

и

к

же

они

дальше

по

выпук­

развертке.

сваркой

зователями:

являются непровары в корне. Часто эти непро­

а. =

нутые), что эхосигнал от них очень слабый, так

как большая часть энергии звука просачивается через

такой

гладкими

и

непровар.

Двусторонние

пологими

выпуклостями

контролировать

УЗ луча,

при

многократном

что в некоторой

швы

с

степени

45 ... 50°

лем

упрощает

методику контроля. В этом случае распростра­

с

при а. =

циальными

эффективно

преобразователями

углами ввода (а. = рабочей частоте трубных

осуществлять с

спе­

большими

70 85°) и малой стрелой на (4 10 МГц). При контроле

стыков

широко

-

частота

60 ... 70°,

>65

с

преобразовате­

которых

1,8 ...

мм про веря ют

изделий как

толщиной правило,

120... 200

прямым

мм

лучом

с

клонными преобразователями с рабочей часто­ МГц и углами а., равными

1,7

варов.

щин наиболее

преобразователем

-

двух поверхностей и двух боковых сторон на­

толщиной

малых тол­

Обычно

мм контролируют только

65

корень

контролируют,

характер, что способствует выявлению непро­

швов

или односто­

корня.

39 ... 50°.

Швы

той

сварных

с подваркой

и верхнюю часть

а. =

нение УЗ луча в листе носит уже волноводный

УЗ контроль

неровно­

мм, как правило, вы­

сваркой

МГц. Швы толщиной

2,5

можно

отражении

всех

прямыми лучами двумя наклонными преобра­

В этих швах наиболее характерным дефектом вары имеют настолько малое раскрытие (стя­

>41

двусторонней

сторонней сваркой. Они меньше по амплитуде

очертаниям

удаления

стей шлифовальной машиной.

приносят меньше не­

в швах,

только

321

мм

>200

с а., равными

-

При этом преобразователь с пользуют для

60

50 и 60°, а 39 и 50°. а. = 60° ис­

прозвучивания слоя толщиной

мм, прилегающего к поверхности сканиро­

вания.

Эти

швы

также сканируют прямыми

преобразователями

по

удаленной

заподлицо

выпуклости шва и в ЗТВ.

распространены

Контроль

через

антикоррозионную

на­

снабженный фокусирующим протектором пре­

плавку недопустим, так как в последней велик

образователь,

коэффициент затухания УЗ.

расхождение

который лучей

позволяет

в

металле,

совмещенные

наклонные

для

стыков

и

уменьшать раздельно­

преобразователи,

а

Статистика показывает, что в крупнораз-

мерных швах может образовываться

мм, выполнен­

65 70 % 20 25 % плоскостных дефектов (из них трещин 5 7 %). Наиболее опасные дефекты - трещины - ори­

ных односторонней сваркой, также велик уро­

ентированы преимущественно в вертикальной

контроля

труб

-

хордовые ПЭП

конструкции МГТУ им. Н.Э. Баумана. В швах толщиной

16.. .40

вень ложных сигналов от выпуклостей в корне. Если технология сварки такова, что вы­ пуклости не образуются или очень малы, то контроль прямым

проводят и

одним

однократно

преобразователем

отраженным

лучом

за

один поперечный ход. В этом случае наиболее эффективны преобразователи с а. = рабочая частота которых

65 ... 70°,

шлаковых включений,

10 %

пор и

плоскости. Такие дефекты, расположенные в сечении

шва,

плохо

выявляются

при

контроле

одним преобразователем. Если в щвах неболь­ шой

толщины,

диаметром

соизмеримой с эффективным

УЗ

пучка,

суммарная

амплитуда

эхосигнала от плоскостных дефектов в сечении увеличивается

за счет

многократного зеркаль­

МГц. Если же

ного отражения от дефекта и стенок, то в тол­

ложные сигналы от выпуклостей велики, то с

стостенных соединениях этот угловой эффект

2.. .4

целью повышения помехоустойчивости целе­

отсутствует. Это приводит к тому, что такие

сообразно контролировать корень шва и его

дефекты при наклонном падении на них УЗ

остальную часть раздельно. При этом верхнюю

волн могут быть выявлены только регистраци­

часть шва контролируют преобразователями с

ей боковых лепестков индикатрисы рассеяния,

а. =

интенсивность которых

ных как

45 ... 50°. Швы листовых

конструкций, выполнен­

односторонней

сваркой

правило,

имеют

весьма

без

Полученные данные свидетельствуют

подварки,

неудовлетвори­

в десятки раз меньше,

чем основного лепестка.

о

необходимости применения акустической сис­

тельное качество. При сварке в корне шва об­

темы

разуются значительные выпуклости и вогнуто­

обнаружения

сти

плоскостных дефектов. В то же время при кон-

(3 ... 5

мм). Контроль корня такого шва воз-

«тандем»

для

обеспечения

вертикально

надежного

ориентированных

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

322

троле толстостенных

соединений,

ремонт

ко­

ляющих

распознавать

эхосигналы

от подклад­

торых очень дорог, важно не только найти де­

ки и дефекта при прозвучивании швов толщи­

фект, но и распознать его тип. Для исключения

ной

неоправданной зовать

браковки

количественные

необходимо

7... 17

информативные

мм.

Дефекты

исполь­

двумя

при­

над

способами:

корнем прямым

можно

выявить

или

однократно

16.117).

В последнем

знаки, приведенные выше. Однако оператору в

отраженным лучом (рис.

прав ильной дешифровке качества шва сушест­

случае время прихода сигналов от подкладки и

венно

может

помочь

и

знание

дефекта может быть одинаковым. Чтобы раз­

качественных

личить

информативных признаков. Особенно важным требованием

эти

сигналы,

необходимо

линейкой расстояния Х,

при кон­

измерить

и Х2 от точки ввода

троле толстостенных соединений является про­

луча или от передней грани преобразователя до

ведение

середины шва на испытательном образце.

приемочного

контроля

только

после

Сигнал

термообработки, если она предусмотрена техно­

от

подкладки

появляется

при

что термообработка

меньшем расстоянии между швом и преобра­

уменьшает коэффициент затухания УЗ в шве и

зователем Хк, чем сигнал от дефекта, располо­

ОШЗ и способствует

женного выше корня шва. В процессе контроля

логией. Опыт показывает,

раскрытию

трешин.

Это

30 %.

увеличивает выявляемость дефектов до

следует периодически

сравнивать эти расстоя­

ния с измеренными на образце.

Контроль до термообработки можно про­

С

водить лишь факультативно и использовать его

помощью

прямого

преобразователя

результаты весьма осторожно. Дело в том что

предварительно

ремонт дефектных участков, обнаруженных до

каждого из стыкуемых элементов с толщиной

термообработки,

образца и вносят соответствующую поправку в

вызывает

сильный

нагрев

сравнивают

толщину

дефектных зон, который, в свою очередь, при­

настройку скорости развертки.

водит к раскрытию

мый элемент

ранее сжатых и поэтому не

2.

Сварные

соедннения

выполненные

Если стыкуе­ большую,

чем

испытательный образец, то при контроле шва

выявленных дефектов. дов,

имеет толщину,

стенки

на

трубопрово­

подкладках

или

со стороны этого элемента сигнал от подклад­ ки

вза­

смещается

вправо

по

сравнению

с тем

же

контроля

сигналом, полученным на образце. Чтобы оп­

таких соединений является весьма стабильный

ределить, к какой из кромок стыкуемых эле­

сигнал от подкладки (уса). При контроле свар­

ментов ближе расположен дефект в корне шва,

ных соединений большой толщины этот сигнал

обращают внимание на следующие признаки:

мок.

Характерной

особенностью

легко отличить от сигналов дефектов, он даже полезен,

так

как

позволяет

если дефект в корне шва расположен ближе к линии сплавления с тем же элементом,

контролировать

качество акустического контакта. Для облегче­

со стороны

которого

ния дешифровки целесообразно на экране де­

медленном

приближении

фектоскопа

экране дефектоскопа первым появится сигнал

в месте появления

этого сигнала

нанести метку тушью или стеклографом. Существует

ряд приемов,

контроль, то при

искателя

дефектом, частично экранирующим подкладку,

позво-

на экране появится сигнал от подкладки;

~~~g

~~

Рнс. а

-

16.117. Схема

без дефекта; б

1, 2 -

-

к шву на

от дефекта, а затем, когда УЗ лучи пройдут над

При контроле малых толщин это отличие затруднено.

ведется

контроля CTbIKoBoro соедннення с подкладкой:

с дефектом прямым лучом; в

-

с дефектом отраженным лучом;

координаты сигналов от зарубок на поверхности образца;

К - сигнал от подкладки, Д, и д2

-

сигналы от дефекта над корнем шва

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

при стороны

контроле

второго

этого

элемента

со

Дефекты, залегающие вблизи поверхно­

первым

сти, хорошо обнаруживаются подповерхност­

участка

на

шва

экране

возникнет сигнал от подкладки,

323

а затем от де­

ными

головными

волнами,

возникающими

в

фекта. Возможно также одновременное появ­

металле

ление сигналов.

критическому. Отраженные от дефекта голов­

при

углах

призмы,

равных

первому

Существует ряд косвенных признаков, по­

ные волны регистрируются по боковой волне,

зволяющих судить О характере некоторых дефек­

которая возбуждается в граничащей с поверх­

тов в сварных швах толщиной Н = выполненных

мм,

7... 15

Трещины и непровары по кромкам в кор­ не

шва,

как

правило,

ностьюсреде,

емника.

на подкладках.

начинаются

от

зазора,

му

металлу,

они

выходят

после

первого

случае

волны находится на глубине

-

призме при­

4 ... 6

мм. Дефекты

на поверхности изделия не выявляются.

образованного кромкой стыкуемого элемента и подкладкой. Распространяясь по наплавленно­

в данном

Максимум потока энергии головной

На основе использования головных волн

разработаны преобразователи, позволяющие:

или

вести УЗ контроль подповерхностных

второго слоя на середину шва. В связи с этим

слоев, в которые не проникают поверхностные

отличительным

волны;

является

то,

признаком трещин в корне шва

что

экранируют

они

частично

или

полностью

подкладку только при контроле

со

обнаруживать дефекты, скрытые под выпуклостью шва;

стороны того из стыкуемых элементов, у кром­

ки

которого

они

начинаются.

шва с противоположной

экранирует

подкладку

При

контроле

стороны трещина не

и

УЗ

лучи

свободно

входят в нее. На экране дефектоскопа кают два сигнала:

Сигнал

от подкладки

от подкладки

возни­

и от трещины.

имеет примерно те же

амплитуду и пробе г на экране, что и на участ­

ках, где дефект отсутствует. стороны

выявляются

небольшой

Трещины с этой

значительно

хуже,

а

при

высоте могут вовсе не обнаружи­

ваться.

Непровар, шва,

мало

ку. На экране возникают

расположенный

или совсем

при контроле

сигналы

выше

не экранирует

с обеих

от подкладки

корня

подклад­

сторон

и дефекта.

Расстояние между этими сигналами несколько больше расстояния между сигналами от дефек­ тов, находящихся в корне. В некоторых случа­

выявлять дефекты в массивных кон­ струкциях, к которым угловым швом приварен

тонкостенный элемент; контролировать

том

числе

аустенитные стали, в

антикоррозионную

наплавку,

и

ре­

шать ряд других задач.

Угловые, тавровые инахлесточные

3.

соединения. Контроль таких соединений имеет свою специфику, вызванную геометрией свар­ ного

соединения.

Основные

схемы

контроля

угловых и тавровых соединений листовых кон­

струкций

показаны

на рис.

Наиболее

16.118.

эффективна схема ввода УЗ колебаний через основной как

она

металл

привариваемого

позволяет

выявить

все

листа,

виды

так

внутрен­

них дефектов в угловых соединениях при ми­ нимальном уровне ложных сигналов. Послед­

ние возникают при отражении УЗ от грубых

ях на экране наблюдается несколько сигналов

неровностей выпуклостей и в случае контроля

от дефекта и кольца.

угловых швов

Характерная шлаковых

особенность

включений

или пор

-

от угла элемента конструкции.

обнаружения

Эти ложные сигналы можно отличить от сиг­

наличие на

налов, отраженных от дефектов, селектирова­

-

экране дефектоскопа импульсов, быстро исче­

нием по времени их прихода.

незначи­

В угловых и тавровых соединениях при

тельных перемещениях преобразователя в про­

доступе со стороны вертикального листа часто

зающих

и

появляющихся

вновь

при

дольном или поперечном направлении. Скоп­

при меняют

ление мелких шлаковых включений или пор в

преобразователи

наплавленном

один

Для тавровых соединений также эффективны

сигнал или группу близко расположенных сиг­

сдвоенные наклонные преобразователи, обес­

металле

дает

на

экране

налов.

прямые

печивающие

В стыковых и угловых сварных швах час­

разователями,

препятственно

11'

как

находятся

в

пределах

непроваров.

зеркально­

Нахлесточные соединения, как правило,

контролируют (рис.

так

выявления

прозвучивание

не выявляются при контроле обычными преоб­ мертвой зоны.

раздельно-совмещенные

теневым способом.

то возникают опасные дефекты, расположен­ ные непосредственно под выпуклостью. Они

для

16.119).

приемнику

и

зеркально-теневым

способом

При отсутствии дефекта УЗ бес­ проходит на

экране

от

излучателя

появляется

к

сигнал

324

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

4.

Угловые

соединения

трубных

сис­

тем. При конструкции угловые сварные соеди­

нения трубных элементов подразделяют на со­ единения

тивным

с полным проплавлением

зазором

(непроваром).

контроля

определяется

патрубка

(штуцера),

и конструк­

Выбор

диаметром

метода

приварного

возможностью

контроля

изнутри и наличием конструктивного зазора.

Угловые или

труб

с

сварные

соединения

номинальной

штуцеров

толщиной

стенки

мм с барабанами, коллекторами, флан­

4,5 ... 65

цами и т.п. без конструктивного зазора контро­ лируют с наружной стороны штуцера наклон­

ными преобразователями. Угол ввода ~ и рабо­ чая частота

f зависят от толщины стенки Н.

Преобразователи должны иметь стрелу, обеспечивающую контроль корня шва прямым лучом. Прозвучивание корня шва прямым лу­

чом возможно, если ширина шва не более рас­ стояния между передней гранью преобразова­

теля и проекцией дальней от преобразователя линии

сплавления

в

корне

на

поверхность

штуцера. Если это расстояние не выдерживает­

ся, необходимо срезать фаску на передней гра­ ни призмы или увеличить угол ввода.

Особенность контроля заключается в том, что

угол

скоса

кромки

штуцера

изменяется

от О до

Рис.

16.118. Схемы угловых

Л

-

(6)

контроля тавровых (а) и

листовых соединений:

ложные эхосигналы от ВЫПУКJIости и галтельного перехода, зафиксированные преобразователями в положениях

1, 11, 111;

Н, Т, П

-

эхосигналы

соответственно от непровара, трещины и поры

&~ а)

а

~~ б) Рис.

16.119. Схемы

а

300. В центре секторов А и В (см. рис. 16.120, а) угол равен 00, в центре секторов Б и Г (см. рис. 16.120, 6) - 300. Катет шва в секторах А, В может быть в 1,5 - 3 раза боль­ ше, чем в секторах Б, Г, поэтому при сканиро­

вании необходимо учитывать, что при попада­ нии прямым лучом в корень шва и однократно

отраженным лучом в выпуклость шва расстоя­

ние между передней гранью преобразователя и

краем выпуклости будет неодинаковым в раз­ личных секторах шва.

При

соединений зеркально-теневым методом

сварных

<20

соединений

с

мм точно изме­

рить координаты дефекта не удается, поэтому о наличии дефектов судят по положению преоб­ разователя относительно края выпуклости шва.

На

внутренней

удаления

стороне

подкладного

кольца

штуцера могут

после

остаться

неровности (риски, впадины, бугры), которые способны

контроля нахлесточных

контроле

толщиной стенки штуцера

дать ложные

сигналы.

Признаком

неровностей внутренней поверхности штуцера является несоответствие положения эхосигнала

на развертке положению преобразователя на (см. рис.

16.119,

а). Если в соединении имеется

поверхности штуцера. Если на экране появля­

дефект, то этот сигнал или уменьшается, или

ется эхосигнал у левой границы рабочей зоны

исчезает (см. рис.

развертки, а преобразователь при этом нахо­

16.119, 6).

Для такого кон­

троля необходимы специальные приспособле­

дится

ния для закрепления преобразователей на оп­

попасть в корень шва, то считают, что обнару­

ределенном расстоянии друг от друга.

жена неровность внутренней поверхности.

в

таком

положении,

что

луч

не

может

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

325

м;д 6)

Рис. а

При

-

16.120. Схемы

в секторах А и В; б

контроле

сварных

коитроля углового свариого соедииения:

в секторах Б и Г; в

-

соединений

в промежуточиых секторах

-

с

А

1- 4

-

А повернуто

40 ... 50 мм в центре 16.120) может наблю­

толщиной стенки штуцера

секторов Б и

r

(см. рис.

даться эхосигнал от двухгранного угла внутри

трубы.

Признаком

двухгранному

принадлежности

углу

является

то,

сигнала

что

сигнал

находится на экране у левой границы рабочей

зоны развертки, а преобразователь при этом вплотную придвинут ко шву.

Особенность контроля сварного соедине­ ния

с

неудаленным

подкладным

кольцом

-

наличие в рабочей зоне экрана дефектоскопа эхосигнала кольца

в

от

подкладного

разных

секторах

кольца.

удалены

Кромки от

шва на различные расстояния: наибольшее секторах Б и

r

и наименьшее

-

Рис.

корня

-

в

в секторах А и В обнаруживается при меньших расстояниях от точки ввода до шва, а в секто­

-

при больших.

Трубы толщиной

малого диаметра

4 ... 8

стенки

(28 .. .42

мм

=

мм)

с

контролируют

специальными преобразователями с р =

f

530

и

МГц с неортогональным вводом УЗ. Сущ­

5

ность

контроля

заключается

прозвучивания штуцера

углом ввода

в секторах А и

В, поэтому максимальный эхосигнал от кольца

рах Б и Г

16.121. Схема

преобразователем снеортогональным

в том,

что акусти­

Весьма специфичная задача УЗ контроля сварных соединений

трещин.

Эти

-

выявление поперечных

трещины

возникают

в

сталях,

склонных к трещинообразованию при грубых нарушениях сварочной технологии. В нетермо­ обработанных изделиях очень часто образуют­ ся поперечные трещины только через несколь­

ко дней после сварки, что особенно неприятно, так как к этому времени

ден.

ной плоскости с образующей трубы, как в обыч­

как правило, в наплавленном металле и ЗТВ

ных

призматических

ставляет с ней угол ствуют

мешающие

преобразователях,

250.

а

со­

Благодаря этому отсут­

сигналы

от

друхгранного

угла, образованного внутренней поверхностью и торцом трубы (рис.

Поперечные

контроль уже прове­

ческая ось преобразователя находится не в од­

трещины

обнаруживаются,

поперек шва в вертикальной плоскости. Наи­ более

часто

они

возникают

выполненных двусторонней

в

корнях

сваркой

швов,

без по­

догрева.

Кривизна контакт­

Поперечные трещины имеют слабошеро­

ной поверхности преобразователей должна со­

ховатую поверхность, поэтому отражение УЗ

ответствовать кривизне контролируемой трубы.

от них носит в основном зеркальный характер.

Контроль проводят раздельно двумя преобразо­

Это затрудняет их обнаружение.

16.121).

вателями с левым и правым направлением оси.

Необходимо как

и

отметить,

радиографический)

что УЗ (так же, контроль

соединений с конструктивным низкую достоверность.

угловых

зазором имеет

Схема прозвучивания одним преобразо­ вателем

-

самый простой, но наименее надеж­

ный способ (рис.

16.122,

а). Его применение

оправдано только для контроля швов неболь­ шой толщины (до

20

мм), когда проявляется

326

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

I:>~~):>~I а)

Рис.

Схемы обиаружения поперечных трещин в швах, имеющих выпуклость (а

16.122. а

-

-

эхометодом одним преобразователем; б, в

в) и без иее (г):

-

эхометодом двумя преобразователями,

соответственно прямым и однократно отраженным лучами; г

-

эхозеркальным методом

волноводный эффект, способствующий (за счет

нитной наплавки под сварку на кромках дета­

многократного переотражения от стенок) кон­

лей из стали перлитного класса и перлитной

центрации

наплавки

энергии

поля,

отраженного

от

де­

под сварку на кромках деталей из

фекта. Тем не менее, контроль одним преобра­

подкаливающихся

зователем нужно проводить на очень высокой

проводят для

чувствительности, что часто при водит к значи­

плавки,

тельной перебраковке по другим мелким де­

пр. Поскольку ориентация этих дефектов раз­

фектам или даже структурным шумам.

лична,

Большая выявляемость трещин достига­

ется при использовании двух лей, рис.

расположенных

16.122,6).

под

преобразовате­

углом

к

шву

(см.

кального

сигнала.

устойчивости

Для

повышения

преобразователи

помехо­

желательно

Наиболее

рационально

схему для толщин

<20

при менять

эту

мм. Для контроля швов

при размеще­

нии преобразователей по обеим сторонам вы­ пуклости (см. рис.

16.122,

в). Преобразователи,

и

перлитного

трещин,

шлаковых

осуществляют

прямыми

класса

отрывов

на­

включений

и

как

наклонны­

совмещенными

и раздель­

преобразователями

со сто­

роны основного металла.

Антикоррозионную

наплавку

контроли­

руют на наличие несплавлений на границе со­ вмещенными

и

раздельно-совмещенными

образователями.

<6

Если

толщина

пре­

наплавки

мм, то контроль осуществляют преобразо­

вателями

мм,

-

со стороны

основного

металла,

если

то со стороны наплавки.

При контроле наплавок продольными и

большей толщины можно использовать эх озер­

кальный способ прозвучивания

контроль

но-совмещенными

>6

включать по раздельной схеме.

непроваров,

ми, так

Такое размещение способствует

регистрации максимального по амплитуде зер­

сталей

выявления

поперечными сплавления

венной

волнами

эхосигнал

возникает даже при

сварке.

Это

от

границы

высококачест­

объясняется

различием

как правило, включают по раздельной схеме.

упругих свойств и, следовательно,

Достоверность контроля высокая, так как гео­

ских импедансов основного металла и

метрия прозвучивания обеспечивает регистра­

ки. В случае аустенитной наплавки коэффици­

цию максимального эхосигнала. Но эта схема

ент

громоздка, требует хорощего конструктивного

больше, чем при перлитной наплавке. Поэтому

исполнения

крепления

браковочный уровень чувствительности уста­

выбирать

личен для перлитной и аустенитной наплавок.

такие параметры преобразователя и такую его

Для оборудования АЭС он составляет соответ­

приспособлений

для

преобразователеЙ. Во

всех

случаях

отражения

навливается

необходимо

ориентацию, чтобы угол встречи луча с дефек­

том был далек от третьего критического. Контроль наплавок на кромкн н антн­ коррозионных наплавок. УЗ контроль аусте-

от

выше,

границы

чем

выше

сигнал

и

акустиче­ наплав­

эхосигнал

помехи,

и

раз­

ственно 4 и 7 мм 2 • Скорость развертки

и

чувствительность

дефектоскопа настраивают по плоскодонным отверстиям

в испытательных образцах с на-

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

327

плавкой, выполненной по штатной технологии.

Применение традиционного метода кон­

Толщина наплавки такая же, как на изделии.

троля наклонными совмещенными преобразо­

В

вателями далеко не всегда обеспечивает необ­

одном

образце

плоскодонное

отверстие

сверлят со стороны основного металла,

гом

со

-

стороны

наплавки.

ходимое отношение полезный сигнал/помеха,

в дру­

равное

Дно отверстия

Для

настройки

чувствительности

тоскопа

выби­

ем является большая эквивалентная площадь

Анализ отечественных и зарубежных ис­ МГТУ им. н.э. Баумана, показывает, что дЛЯ

Антикоррозионную наплавку в целях об­ сплавления

дополнительно

УЗ контроля аустенитных сварных швов целе­ сообразно использовать наклонные раздельно­

границе

контролируют

совмещенные

го­

ПЭП.

ловными волнами. Эти трещины, как правило,

швов толщиной

ориентированы

применение

в

плоскости,

различить

следований, а также результатов, полученных в

тацией.

на

невозможно

нитных сталей известны из литературы.

дефекта, чем заданная нормативной докумен­

трещин

практически

Особенности контроля изделий из аусте­

прозвучивания изделия. Браковочным критери­

вертикальных

Это приводит к тому, что на фоне

эхосигналы от дефектов.

рают образец, соответствующий направлению

наружения

6 дБ.

сигналов структурных помех на экране дефек­

должно совпадать с границей наплавки.

ортогональной

При

контроле

сварных

мм более эффективно

6... 20

наклонных

раздельно-совмещен­

направлению перемещения ленты-электрода, и

ные ПЭП на поперечные волны с углом ввода

сосредоточены

а

в

зонах

перекрытия

соседних

раздельно-совмещенные

ловных волн с ~

2,5

=

преобразователи

~Kpl

= 29030'; f = 1,8...

диаметром

4

по плоскодонному

ных сталей толщиной чувствительность

отверстию

мм, ось которого лежит парал­

лельно поверхности на цы сплавления (рис. Сканирование

1... 1,5 16.123).

проводят по поверхности

раздельно-совмещенными

продольные

40 ... 700

и ~ =

волны

с

углом

ввода

20 ... 600. ПЭП практически

мало от­

ванием совмещенных ПЭП. для настройки чув­

ствительности,

установки

рабочей

зоны

раз­

вертки, настройки глубиномера следует приме­

оценивают дефекты, ампли­

иять СОП обязательно со сварными швами, по своим акустическим

ше браковочного уровня чувствительности. ШВОВ.

на

личается от традиционной методики с использо­

туды эхосигналов от которых равны или боль­ аустенитных

наклонными

при прозвучива­

Методика контроля наклонными раздель­

чивание идет в двух противоположных направ­

Контроль

нии

но-совмещенными

или наплавочного электрода, при этом прозву­

1

200.

мм наибольшая

20 ...50

достигается

ПЭП а=

мм ниже грани­

наплавки параллельно ходу наплавочной ленты

лениях. Баллом

и углом между направлениями излуче­

Для дефектоскопии изделий из аустенит­

го­

МГц. Браковочный уровень чувствительно­

сти настраивают

'" 650

ния и приема (угол разворота) ~ =

валиков. Для контроля используют наклонные

свойствам,

шероховатости

поверхности, толщине и форме, ширине выпук­

Слож­

лости

практически

тождественными

штатным

ность УЗ контроля указанных соединений свя­

сварным соединениям. В качестве контрольных

зана

отражателей

с

высоким

большим

уровнем

затуханием

и

структурных

помех,

аномальным распро­

вертикальное

сверление,

ле сварного шва (рис.

странением УЗ.

Рис.

применены

16.123. Настройка

боковые

отверстия

выполненные

16.124).

чувствительиости и скорости развертки дефектоскопа прн контроле

аитикоррозиоииой наплавки головиыми волиами:

а

-

расположение сигналов на экране при настройке скорости развертки; б

1-

сигнал от передней грани искателя;

3-

2-

-

испытательный образец;

сигнал от плоскодонного отражателя;

сигнал от зарубки; РЗ

-

рабочая зона

и

в метал­

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

328

~

с)

't"

,--,

1~

I

Рис.

LfJ

I11

16.124. СОП дЛЯ

-

прямым

сторон,

лучом

контроль

по

возможности

поперечными

с

чами с двух сторон.

Учитывая анизотропию

акустических свойств металла швов, настройку надо

выполнять

так:

амплитуд

эхосигналов

от

При

определении

ные

установку

рабочей

при

контроле с

координат дефектов

разных

сторон

шва

на

при

16.5.

МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ

боковых

зоны

если

штатном изделии и на образце.

ДЕФЕКТОСКОПИЯ

16.5.1. ОСНОВНЫЕ

них принять за браковочную. Настройку глу­ и

«-»,

желательно сопоставлять результаты, получен­

отверстий с каждой стороны и минимальное из

биномера

сварки, или со знаком

он смещен в противоположнуюсторону.

контроле с двух (четырех) сторон определить

значения

.3

в направлении

вол­

прямым и однократно отраженным лу­

чувствительности

L-I..J

9

иастройки чувствительиости и скорости развертки:

Контроль продольными волнами следует

нами

1

условный угол ввода раздельно-совмещенных ПЭП

YIO -

четырех

1

положения ПЭП при настройке чувствительности и скорости развертки;

1- 8 -

проводить

~

г-.,

bJ

1'1

2

f

t:)

1:1 111--..::--

1

1

Lf.J

(

1

г-,

Магнитный

экрана

ЭЛТ также следует проводить по боковым от­

троля

вид

применяют

в

ПОНЯТИЯ

неразрушающего основном

для

кон­

контроля

верстиям с каждой стороны шва. Для того что­

изделий из ферромагнитных материалов, т.е. из

бы исключить возможные ошибки при опреде­

материалов,

лении положения дефекта в направлении про­

изменить

дольной оси шва в СОП предусмотрены верти­

воздействием

кальные отверстия.

новными

параметрами

го

являются

Поправку определяют,

перемещая

ПЭП

поля

которые

свои

способны

магнитные

существенно

характеристики

постоянного

магнитная

магнитно­

индукция

так, чтобы получить максимальную амплитуду

характеризующая

эхосигнала от вертикального отверстия. Если

ка, и напряженность магнитного поля Н.

максимум

эхосигнала

соответствует

под

внешнего магнитного поля. Ос­

плотность

магнитного

В,

пото­

Эти характеристики связаны между собой

положе­

нию, при котором ось ПЭП находится напротив

следующим

оси сверления, то поправку вводить не требует­

4n . 10-7 - магнитная проницаемость в воздухе, Г/м; I! - магнитная проницаемость материала. В зависимости от значения I! все

ся. Если максимум эхосигнала отвечает положе­ нию, в котором ось ПЭП не пересекает ось свер­ ления,

дефекта

то

при

следует

определении

вводить

местоположеttия

поправку,

значение

которой равно расстоянию между осью ПЭП и осью сверления.

«+»,

Поправка берется со знаком

если ПЭП смещен относительно сверления

I!o

соотношением

В

=

1!01!H,

где

=

материалы

подразделяются

диамагнитные,

сколько

миллионов

цинк, серебро и др.);

у

на три группы:

которых

меньше

I!

единицы

на

не­

(медь,

МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

парамагнитные,

у

J.I

которых

на

По способу получения первичной инфор­

не­

сколько миллионов или тысячных долей боль­

мации

различают

ше единицы (марганец, платина, алюминий);

ного

вида

ферромагнитные, гает нескольких

у которых

J.I

дости­

десятков тысяч (железо,

ни­

кель, кобальт и некоторые сплавы). Принципиальное ных

материалов

отличие

от других

веществ

заключает­

ся в отсутствии линейной зависимости магнит­ ного

состояния

материала

магнитного поля (рис.

от

напряженности

16.125).

Сначала индукция [кривая В =

f(ffl]

рас­

тет медленно, затем быстро, и, наконец, при

Bs .

наступает магнитное насыщение

В =

f

Она

Кривую

(н) называют кривой первоначального

намагничивания

)ld =

Hs

f(lf) -

(индукции),

а

кривую

кривой магнитной проницаемости.

показывает

зависимость

относительной

дифференциальной проницаемости

J.ld

от на­

пряженности магнитного поля Н. )ld является весьма важной характеристикой материала с позиции дефектоскопии и определяется выра-

жением )ld = limLlВ(J.loЫf). Наилучщими

условиями

обнаружения

ная

проницаемость

мала,

а

индукция

тигнуто

в

магнитных

полях,

превышающих

поле Н'" тах, Т.е. на участке кривой )ld =

f(ffl,

где проницаемость убывает. Если начальное

намагничивание металла таково, что точка Р оказывается слева от точки нитной

проницаемости,

J.ld

на кривой маг­

то уменьшение

попе­

речного сечения металла за счет дефекта вызо­ вет увеличение

магнитной

индукции,

может привести

к более высокой

проницаемости,

в

результате

а также

магнитной

дефект

может

магнит­

(МГ), Феррозондо­

пондеромоторный

(ПМ),

магниторези­

сторный (МР). С их помощью можно прокон­ тролировать:

сплошность

(методами

дефекто­

скопии): (МП, МГ, ФЗ, ЭХ, И); размеры (ФЗ, ЭХ, И, ПМ); структуру и механические свойст­ ва (ФЗ, ЭХ, И). Из

перечисленных

методов

только

МП

требует обязательного участия в контрольных операциях

человека;

остальные

методы

позво­

ляют получать первичную информацию в виде электрических ным

сигналов,

полную

несплошностей требуют

что

являются

контактными,

бесконтактно

при остальных

информации

(хотя

Т.е.

преобразователя

или магнитная

изделия;

съем

кон­

что МП и МГ обнаружения

порошок

поверхностью

возмож­

процессов

соприкосновения

(магнитный

делает

автоматизацию

троля. Отметим,

лента) с методах

осуществляется

и на достаточно

близких

расстояниях от поверхности).

велика.

Такое магнитное состояние может быть дос­

методы

магнитопорошковый

вый (ФЗ), эффекта Холла (ЭХ), индукционный

контроля

дефектов являются такие, при которых магнит­

следующие

контроля:

(МП), магнитографический (И),

ферромагнит­

329

С быть

помощью

выявлены

трещины,

трещины

магнитных

закалочные

волосовины,

и

другие

методов и

могут

шлифовочные

закаты,

усталостные

поверхностные

дефекты

шириной раскрытия в несколько микрометров.

Такие методы, как ФЗ, ЭХ, И, МГ, можно ис­ пользовать на грубых поверхностях,

при этом

минимальная

дефектов

составляет

глубина

выявляемых

трехкратную

стей поверхности.

сканировать

высоту

шероховато­

В связи с необходимостью

поверхность

изделия методы ФЗ,

быть не обнаружен. Эти обстоятельства необ­

ЭХ, и особенно удобно применять для контро­

ходимо учитывать при выборе режимов намаг­

ля

ничивания

пешно

материалов.

цилиндрических используют

изделий. для

Метод

контроля

МГ ус­ сварных

швов.

Обнаружение методами.

дефектов

Магнитные

методы

магнитными контроля фер­

ромагнитных металлов основаны на обнаруже­ нии локальных возмущений поля, создаваемых дефектами в намагниченном ный

поток,

изделии. Магнит­

распространяясь

по

изделию

и

встречая на своем пути поверхностный дефект, огибает

его

вследствие

проницаемость

1000 Рис.

16.125.

Зависимость В и

J.ld от Н

для ферромагиитиого материала

дефекта

того,

что

магнитная

значительно

ниже (в

раз) магнитной проницаемости основного

металла. Это можно пояснить следующим об­ разом (рис.

16.126).

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

330

н

/

Нn

,"

/ -- rN /

I I '

'"

...,,_......-- ..... H

",- ..,d

/ I

_\

~

'\1-1

1. Н

Y'nd' I I

\

H

I Id 1 ...

d

FИt! а)

Рнс.

16.126.

б)

Распределенне намагннченностн Ми в ферромагннтном нзделнн н поля рассеяння

над поверхностным дефектом (а), а также топографня

нормальной

(6) тангенцнальной H/d

Hd

н

H nd составляющнхнапряженностнполя поверхностногодефекта

Часть магнитосиловыхлиний обрывается

Для

регистрации

полей

рассеяния

или

на одной грани дефекта и снова начинается на

возмущения создаваемых дефектами в намаг­

другой. Конец каждой линии можно рассмат­

ниченном изделии наибольшее распростране­

ривать как некоторый положительный магнит­

ние получили индукционные, феррозондовые,

ный заряд, а начало на другой линии

-

как от­

рицательные магнитные заряды. Каждый маг­ нитный заряд создает магнитное поле, направ­

ленное из него как из центра. Суммарное поле

магнитных зарядов

фекта. Поле

Hd

Hd

называют полем де­

имеет сосредоточенный ха­

рактер, поэтому результирующее поле, которое складывается

из

внещнего

поля Но и поля дефекта

намагничивающего

Hd ,

становится неод­

нородным и имеет сложную картину.

Амплитудные

H/d

Hnd

и

ров и

значения

составляющих

поля дефектов зависят от: их разме­

ориентации по отнощению к

холловские и магниторезисторные преобразо­ ватели.

Магнитная индукционная головка пред­ ставляет собой катушку (рис.

16.127),

на кон­

цах которой в соответствии с законом электро­ магнитной

индукции

наводится

мгновенная

электродвижущая сила (ЗДС). Локальный маг­

нитный поток ФГ носителя

1

через головку

разветвляется на поток фг, проходящий через кольцевой сердечник

обмоткой

3,

2и

взаимодействующий с

и поток Фs, минующий сердечник.

внешнему

полю; соотношения проницаемостей среды и

дефекта; расстояния до точки наблюдения. Чем больше размеры дефекта и ближе к нему точка

наблюдения и чем больше различие проницае­ мостей, тем

больше амплитудные значения

составляющихполей дефектов. Вектор намагничивающего поля должен быть направлен перпендикулярно к плоскости дефекта, тогда поле дефекта по направлению совпадает с внешним полем и будет иметь мак­

2

симальное значение. В противном случае поле

Hd

ориентируется в направлении нормали к

стенкам трещины, а интенсивность его быстро убывает с увеличением угла между нормалью и направлением намагничивания.

Следует подчеркнуть, что магнитное поле рассеяния возникает не только над дефектами,

но и над любыми локальными изменениями однородности магнитных свойств.

Интенсив­

ность поля рассеяния в этом случае зависит от

соотношения проницаемостеЙ.

Рнс.

16.127. Разветвлен не локального магннтного потока ФГ

МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

Феррозондовые

nреобразователи

пред­

331

люмогена светложелтого цвета. Люминесцент­

ставляют собой два пермаллоевых сердечника

ные порошки

с первичными обмотками возбуждения и вто­

темным,

ричными измерительными обмотками на каж­

при этом место контроля должно быть обору­

дом.

довано уф освещением.

Они предназначены

пряженности

для

магнитного

измерения

поля.

Их

на­

так

Большое

действие

основано на нелинейности кривых намагничи­

порошка.

вания

60

сердечников

из

магнитных

материалов.

используют и

по

при контроле

светлым

значение

как по

поверхностям,

имеет размер

но

частиц

Средний размер одного зерна

0,1 ...

мкм. Магнитные пасты для разведения в

При создании в первичной обмотке поля воз­

жидкости кроме порошков содержат различные

буждения

смачивающие,

ция

B(t),

H(t)

в сердечнике возникает индук­

Преобразователи Холла

работают

принципу возникновения ЭДС

в

по

результате

искривления пути носителей тока в металлах и полупроводниках,

находящихся

в

магнитном

поле под действием сил Лоренца. Промышлен­ ность

выпускает

кремниевые,

германиевые

и

арсенидгалиевые преобразователи. Магнитные nорошки служат для визу­ ального определения магнитных полей рассея­

ния над дефектами в МП дефектоскопии. Сле­ дует иметь в виду, что во внешнем (намагни­

чивающем) поле частицы обычно не сущест­ вуют изолированно, а

вследствие магнитной

коагуляции образуют цепочки, длина которых определяется многими причинами, в том числе

длительностью воздействия

поля,

вязкостью

Применяемые в дефектоскопии порошки по составу, физическим свойствам и назначе­ нию подразделяются на четыре вида: получаемые

термическим

разложением пентакарбонила железа

Fe(CO)s

или диспергированием железа электрической

в

шаровых

мельницах

измельчением окалины, возникающей при го­

рячей обработке стали; технического

и

синтетического

маг-

нетика;

ферромагнитного оксида железа, по­ лучаемые окислением магнетика.

Наибольшее

распространение

получили

черный магнитный порошок, представляющий

собой

измельченную

оксид-закись

FеЗО4 и буровато-красный порошок

другие

Для улучшения условий осаждения по­ суспензии, представляющие собой взвесь маг­ нитных частиц в жидкой среде. В большинстве случаев

используют водные

-

железа у-оксид

железа (y-FеЗО4).

и

масляные маг­

нитные суспензии.

Магнитные ленты при меняют в МГ де­ фектоскопии. Двухслойные ленты состоят из немагнитной основы (ацетилцеллюлозы, поли­

винилхлорида, лавсана) слоя

-

и

магнитоактивного

порошков оксида железа, взвешенного в

лаке,

обеспечивающего

хорошую

адгезию

с

основой. Для изготовления рабочего слоя ис­

пользуют у-оксиды железа (у-Fе20з), железо­ кобальтовый феррит (СоFе20з), диоксид хрома (СГО2). В однослойных лентах магнитный по­ вводится

(резина, ленты

непосредственно

полиамидные получили

смолы).

меньшее

в

основу

Однослойные

распространение

из-за невысоких механических свойств. Известно применение гибких слоев и ва­ ликов (на основе эластичных материалов: ре­ зины, пластмассы и др.), а также специальных металлических

дугой в керосине; получаемые

и

рошка над дефектом применяют магнитные

рошок

среды, в которую помещен порошок, и т.д.

железные,

антикоррозионные

присадки.

которая индуцирует эдс.

требований

лент,

изготовленных

магнитографического

с

учетом

контроля.

Металлические ленты отличаются повышенной прочностью и термической стойкостью.

Способы намагничивания и размагни­ чивания. Магнитный контроль можно прово­ дить

способами

приложенного

магнитного

поля или остаточной намагниченности. Способ nрuложенного магнитного поля

используют

в тех случаях, когда: деталь

выполнена

из

магнитомягкого

материала, например из сталей (СтЗ, сталь сталь

20

10,

и др.); деталь имеет сложную форму;

Для контроля деталей с темной поверхно­

деталь контролируют для обнаруже­

стью используют светлые порошки (с добавле­

ния подповерхностных дефектов, расположен­

нием алюминиевой пудры ПАК-З) либо люми­

ных на глубине

несцентные магнитные порошки. Распростра­

>0,01

мм;

мощность дефектоскопа не позволяет

ненный люминесцентный магнитный порошок

намагничивать всю деталь вследствие ее боль­

на

ших размеров.

100

г y-FеЗО4 содержит

15

г люминофора-

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

332

Контроль в приложенном

магнитном по­

трещин,

непроваров,

вытянутых

шлаковых

ле не всегда обеспечивает более высокую чув­

включений. Его осуществляют при пропуска­

ствительность,

нии тока по контролируемой детали или через

чем чувствительность

контроля

проводник, помещенный в отверстие детали.

на остаточной намагниченности.

Наиболее

При контроле на остаточной намагничен­ ности деталь предварительно после

снятия

намагничивают,

намагничивающего

поверхность

наносят

поля

магнитную

на

а ее

суспензию

или порошок. Контроль на остаточной

намаг­

ного

намагничивания

по формуле поля, А/см;

его применяют для проверки деталей из магни­ у

которых

величина

коэрцитивной силы Не

> 800 А/м. Если деталь выполнена из материала с Не < 800 А/м, способ остаточной намагниченности применять нель­

циркулярное

контроле

на­

цилиндрических

пропусканием

тока

по

детали цилиндрической формы рассчитывают

ниченности возможен при достаточно большой

материалов,

при

деталей. Силу тока (в амперах) для циркуляр­

остаточной намагниченности деталей. Поэтому тотвердых

эффективно

магничивание

1 = HnD, где Н - напряженность D - диаметр детали, см.

Ток (в амперах), необходимый для цир­ кулярного

намагничивания

пластин,

опреде­

1 = 2Н(Ь + S), где Ь - шири­ на пластины, см; S - толщины пластины, см. Если Н = 800 А/см, то 1 = 1600( Ь + S).

ляют по формуле

зя, так как над дефектом образуются слабые

Полюсное намагничивание подразделяют

магнитные поля. Поэтому необходимо приме­

на продольное, поперечное и нормальное. При

нять приложенное поле.

продольном

Способ остаточной намагниченности об­

ем

ладает следующими преимуществами: возможностью

любое

требуемое

освещения

установки

положение

поверхности

и

детали

для

в

хорошего

осмотра

невоору­

женным глазом;

меньшей опасностью прожога деталей в листах и контакта с головками дефектоскопа, так

как

для

остаточного

намагничивания

пропускают по детали кратковременно

0,5

с) с перерывами между включениями

В практике магнитного контроля сущест­

вуют

следующие

изделий (табл.

способы

намагничивания

комбинированный, цир­

16.8):

кулярный и полюсный (продольный). Комби­ нированное

намагничивание

осуществляется

только в приложенном магнитном поле, цирку­ лярное

и

полюсное

приложенном

можно

магнитном

при менять

поле,

так

и

как

на

в

оста­

точной намагниченности. Комбинированное полняют детали

при

намагничивание

одновременном

двумя

или

вы­

намагничивании

несколькими

магнитными

полями. Примером комбинированного намагни­ чивания

может

соленоидом

и

быть

намагничивание

пропускание

тока

через

оси

трубы провод­

ник, проходящий внутри трубы. В результате

детали.

осуществляют

постоянных

Продольное с

магнитов

магничивающий ток

что дает

ложенных под углом

2nН /

Для

при этом на­

W, W.

используют

2::20 ... 300 к продольной

шва. При поперечном намагничивании ление

вектора

напряженности

перпендикулярно

магнитного

к продольной

мальное намагничивание

оси

направ­ поля

оси шва. Нор­

частный случай про­

-

дольного и поперечного намагничиваниЙ.

Чувствительность магнитного метода на продольной щественно

остаточной зависит от

намагниченности

скорости

снятия

су­

намаг­

ничивающего поля. При быстром уменьшении напряженности поля дефекты выявляются хо­ рошо, при медленном уменьшении поля той же

напряженности

дефекты

не

обнаруживаются

или обнаруживаются слабо. Время уменьшения тока

от

максимального

должно превышать

значения

до

нуля

не

5 мкс.

После контроля изделие размагничивают (если это оговорено в технических условиях). размагничивание,

кроме

(720 ... 750

нагревания

ОС), независимо

от способа его осуществления сводится к пе­ риодическому изменению величины и направ­

ления

ориентированных различным образом.

деталь,

ют для выявления продольных дефектов типа

1=

Этот способ намагничивания

возможность повысить выявляемость дефектов, L(иркулярное намагничивание применя­

соленоидов.

для обнаружения поперечных дефектов, распо­

выше точки Кюри

направления,

или

вой формы применяют гибкий кабель, навитый

Любое

углами

электромагнитов,

на изделие с числом витков

линии которого направлены по винтовым лини­

под различными

на­

намагничивание

помощью

два поля слагаются в результирующее, силовые

ям. Такое поле проходит через все части объекта

направление

продольного намагничивания изделий кольце­

ток

(0,1 ... 1...2 с.

намагничивании

магничивающего поля совпадает с направлени­

магнитного поля, с

постепенным

в

котором

находится

уменьшением

этого

поля до нуля. Обычно применяют следующие способы размагничивания:

МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

16.8. Основные способы Намагничивание

333

намагничивания Графическая схема

Средство намагничивания

намагничивания

Постоянным магнитом

J

Электромагнитом

I

Посредством провода с током,

помещаемого в

ч~ /а -tr 1

от-

верстие детали

Циркулярное С помощью контактов, устанавливаемых на деталь

I

~

Индуцированием тока в детали

Ф,

12

по

детали

и

с

помощью

~

элек-

~

тромагнита

~

Пропусканием двух (или более) сдвинутых по фазе Комбиниро-

токов

ванное

направлениях

по

детали

во

по

взаимно

Ф,

перпендикулярных

[-1

Индуцированием тока щим

I

~

Про пусканием тока по детали

тока

I

Ф-

9Щ

Соленоидом

Пропусканием

!

ф--

[JbxtLJ

Продольное

(полюсное)

~

проводнику,

в

детали

и током,

помещаемому

в

W

проходяотверстие

детали

12

медленное

ченной

детали

таемой

переменным

частоты

(50

протаскивание

через отверстие током

намагни­

катущки,

пи­

через деталь с

промыщленной

Гц). Деталь удаляют на расстояние

~ 1 м от катущки, в этом случае переменное

коммутацию

эффективно размагничивает только

поверхностный слой детали; пропускание ного

тока

в

со­

пенным снижением тока до нуля; с помощью электромагнита, питаемо­

го

переменным

током,

который

постепенно

снижают до нуля.

переменного

намагничивающему,

постоянного

леноиде или обмотках электромагнита с посте­

поле, обладая ограниченной глубиной проник­

новения,

постепенным уменьщением его

до нуля;

тока,

рав­

непосредственно

Последний

способ

размагничивания

можно применять при контроле деталей с по-

Глава

334

16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

мощью приставных электромагнитов. шие результаты ют в том нением

при

случае,

тех

же

вали изделия.

Наилуч­

подповерхностный, то часть вытесненных си­

получа­

ловых линий будет принята наддефектной ча­

с приме­

стью изделия и поток рассеяния будет неболь­

размагничивании

когда

средств,

его

проводят

которыми

Начальное

намагничи­

шим.

Для

поле размагничива­

обнаружения

дефекта

с

помощью

ния должно быть не меньше поля, действую­

магнитного порошка необходимо, чтобы поле

щего на деталь при намагничивании.

рассеяния

должен

выключаться,

когда

деталь

внутри размагничивающего

сфере

влияния

поля.

Ток не

находится

устройства

При

или в

размагничивании

Hd

превышало некоторое критиче­

ское значение

H d "Р'

начиная с которого, части­

цы порошка хорошо втягиваются в дефект и

Hd

осаждаются над ним.

определяется отноше­

нужно стремиться к тому, чтобы направления

нием

намагничивающего

изделия к дифференциальной магнитной про­

и

размагничивающего

по­

индукции

материала

лей в детали совпадали, тогда для снятия оста­

ницаемости,

точной

метрами дефекта.

намагниченности

требуется

меньшее

а

также

геометрическими

Согласно ГОСТ

магнитное поле.

контролируемого

пара­

все выявляе­

21105-87

мые поверхностные дефекты подразделяют на

16.5.2. МАГНИТОПОРОШКОВЫЙ МЕТОД Магнитопорошковая (МПД)

в

системе

три группы, которым соответствуют условные

дефектоскопия

неразрушающих

методов

контроля занимает одно из ведущих мест. Это связано

с

ее

высокой

поверхностным

и

чувствительностью

подповерхностным

к

дефек­

там, простотой, универсальностью и наглядно­

стью представления результатов контроля. МП применяют

для

контроля

сварных соединений

изделий,

конструкций

деталей,

из ферро­

магнитных материалов с относительной

маг­

нитной проницаемостью ~40 с целью выявле­ ния

невидимых

невооруженным

глазом

по­

верхностных и подповерхностных нарушений сплошности типа трещин, непроваров.

Этот метод основан на регистрации маг­ нитных

полей

рассеяния,

возникающих

над

дефектами в детали при ее намагничивании, с помощью ферромагнитных частиц (магнитного порошка), который находится во взвешенном

уровни чувствительности А, Б и В (табл.

Каждому уровню

ленное значение В М ется

условие

соответствует

!-ld,

/

16.9).

опреде­

при котором выполня­

выявления

дефекта

выше размеров, т.е. условие

указанных

Hd / Hd

"Р' причем

это отношение тем больше, чем меньше разме­

ры дефекта, который необходимо обнаружить (чем выше требуемая чувствительность кон­ троля). Допускается проведение МПД с чувст­

вительностью не ниже условного уровня В. Этому

уровню

соответствует

магнитное

со­

стояние материала контролируемого изделия в

области перегиба кривой индукции В

= !(Н).

У словному уровню чувствительности А отве­ чает состояние, близкое к техническому насы­ щению, когда

Однако приближения

!-l ----> 1. следует

тельных неровностях появляются

помнить,

что

по

мере

к этому состоянию на незначи­ поля

поверхности

рассеяния,

изделия уже

которые

затруд­

состоянии в дисперсионной среде или воздухе.

няют выявление самого дефекта. Поэтому важ­

На магнитную частицу в неоднородном маг­

ное значение для достоверности

нитном поле дефекта действует сила стремя­

ет качество обработки

щаяся затянуть ее в места наибольшей концен­

чувствительности

трации силовых линий и приблизить К месту

тости поверхности

дефекта.

уровни

чувствительности

Ra = 6,3

мкм.

Под действием силы происходит переме­ щение частицы и образуется

выявления дефекта находится в тесной связи с интенсивностью поля рассеяния и его градиен­

том, а также зависит от магнитных свойств и размеров используемых частиц.

Величина поля рассеяния и его градиент

когда дефект

име­

Уровень

А достижим при шерохова­

не грубее

Ra

=

Б и В

-

1,6

мкм, а

не грубее

валик порошка

над дефектом. Таким образом, эффективность

максимальны,

контроля

поверхности.

выходит на по­

верхность изделия. В этом случае значительная

часть силовых линий выходит на поверхность изделия в окрестности дефекта. Если дефект

16.9. Выявляемые

поверхностные дефекты Уровень

Размеры эталонного

чувствительности

дефекта, мкм

Ширина

А

Б

В

2,5

10

25

Длина Глубина

>0,5 25

100

250

МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

335

~я всех уровней чувствительности вве­ дены

оптимальные

режимы

намагничивания,

которые рекомендуется рассчитывать по пред­

ложенным в ГОСТ

21105-87

/

симости от магнитных характеристик материа­

намагничивающее поле

для

/

режима

у/

40 о IН-~++",..."".."+--I----+--i

1,IНс •

21 +

)/

80 О I-+t-+-+--+------,f--->"__+_-i

чувствительности В рассчитывают по формуле Нпр =

J

3

1200~нt-++--t--++t

ла контролируемого изделия. Например, необ­ ходимое

I

2

формулам в зави­

Чувствительиость

контроля.

Чувстви­

тельность МП метода зависит от ряда факторов:

о '-----'-_....1.-_'----:'-....

размера частиц порошка и способа его

1,5

4,6

3,0

1,1 h,MM

нанесения; напряженности

приложенного

намаг­

Рис.

16.128. Зависимость

порошка:

рода приложенного тока (переменный

1 - переменный ток, мокрый метод; 2 - переменный ток, сухой метод; 3 - постоянный ток, мокрый метод; 4 - постоянный ток, сухой метод

или постоянный);

формы и глубины залегания дефектов; от

верхности

их

ориентации

изделия

и

относительно

направления

по­

намагничи­

вания, состояния и формы поверхности, спосо­ ба намагничивания. Частицы порошка должны иметь размер

5... 10

мкм. Для выявления

глубоко залегаю­

щих дефектов при меняют более крупный маг­ нитный

порошок,

(мокрый метод)

для

магнитных

суспензий

порошок с мелкими части­

-

цами. Кроме того, частицы магнитного порош­ ка должны обладать максимальной подвижно­

стью.

С

этой целью

необходимо применять

Сухой метод контроля обладает преиму­ ществом перед мокрым при обнаружении под­ поверхностных дефектов (см. рис.

ную подвижность частицы магнитного порош­ получают после

покрытия

их

пигментом

с

низким коэффициентом трения.

метод

током,

а

также

нанесения

сухой

порошка

или

или

ленную

16.128).

существенно

не

Однако род тока намагничи­

вания и метод нанесения порошка сильно ска­

зываются на обнаружении подповерхностных дефектов. В этом случае редко выявляется пре­ имущество постоянного тока над переменным,

что

объясняется

созданием

при

постоянном

токе магнитного поля, глубоко проникающего

в

металл.

20

мм не следует намагничивать

током,

Но

детали

поскольку

размагнитить

с

такие

толщиной детали

стенки

постоянным невозможно

после контроля.

При намагничивании

переменным

током

из-за так называемого скин-эффекта плотность тока, а следовательно,

и плотность

магнитного

потока будет больше у поверхности чиваемого изделия. магничивании

намагни­

По этой причине при на­

переменным

вязкость

и для перемещения

ферро­

магнитной частицы в этой вязкой среде требу­ ется

больщая

сила

воздействия

магнитного

потока, чем для перемещения той же частицы в воздухе.

С

увеличением

напряженности

прило­

женного поля (до достижения индукции насы­ щения,

пере­

мокрый

влияют на обнаружение поверхностных дефек­

тов (рис.

Это

см.

рис.

возрастает чувстви­

16.125)

тельность метода.

Намагничивание постоянным менным

16.128).

объясняется тем, что суспензия имеет опреде­

частицы неправильной формы. Дополнитель­ ка

чувствительиости МП

метода от вида тока и способа иаиесеиия

ничивающего поля;

током лучше выяв­

ляются только поверхностные дефекты.

При

контроле

магнитными

методами

лучше всего выявляются плоскостные дефек­ ты:

трещины,

больший

непровары

размер

и

которых

несплавления,

наи­

ориентирован

под

прямым или близким к нему углом относи­ тельно

направления

фекты

округлой

магнитного

формы

потока.

(поры,

Де­

шлаковые

включения, раковины) не могут создавать дос­ таточного потока рассеяния и, как правило, при

контроле обнаруживаются плохо. Практикой установлено, что МП методом выявляются

поверхностные

и

подповерхност­

ные (на глубине залегания ~2 мм) трещины с раскрытием от дефекта) от

0,05

0,001

мм, глубиной

(высотой

мм и длиной ~0,5 мм.

Могут быть выявлены также относитель­

но крупные дефекты (непровары, поры, шлако­ вые

включения

и

др.)

площадью

сечения

>2 ... 3 мм 2 , лежащие на глубине 5... 6 мм под поверхностью. Плоские дефекты обнаружива­ ются

в

случае, если

они

ориентированы

к

по-

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

336

верхности

детали

чувствительности

>200 900).

под углом под углом

(максимум С увеличе­

нием глубины залегания дефектов уменьшает­ ся

скорость

скопления

магнитного

подготовку суспензии, заключающую­

ся

в

интенсивном

порошка,

что затрудняет выявление дефектов и опреде­

намагничивание контролируемого из-

нанесение суспензии или порошка на

значительной

контроля

зависит

мере

чувствительность

от качества

поверхности,

шероховатость

поверхности

поверхность контролируемого изделия;

на

которую наносят суспензию или порошок. Оп­ тимальная

осмотр поверхности

кой

Ra

поверхности

дета­

высшая

быть

чувствительность.

ховатости

мкм. На та­

1,625 ... 1,25

=

может

поверхности

получена

Увеличение

снижает

наи­ шеро­

чувствитель­

ность контроля.

Так, руемого

обработка изделия

поверхности

по

режимам,

контроли­

обеспечиваю­

щим выявление тонких дефектов (с раскрыти­ ем

мм),

0,001

затрудняется

из-за

появления

фона из магнитного порошка. Это ведет к не­ обходимости

уменьшения

магничивающего

снижению

поля

напряженности

и,

на­

следовательно,

чувствительности

контроля.

к

Шли­

фованные поверхности (начиная с шероховато­

сти

Ra = 0,32

мкм) из-за бликов на поверхности

трудно осматривать и разбраковывать, особенно при

прямом

освещении

лампами

накаливания.

При контроле шлифованных поверхностей ос­ мотр желательно проводить в рассеянном свете

или

покрывать

тонким,

блестящие

снимающим

поверхности

блики

слоем

очень

(:0;15

мкм)

на

поверхности

и

выяв­

размагничивание.

Поверхности изделий, сварных соедине­

ний и ОШЗ основного металла шириной, рав­

;::;20

ной ширине шва, но очищают

других

от

грязи,

масла,

покрытий,

допускаются наплывы,

мм с обеих сторон, шлаков,

мешающих

резкие

натеки,

окалины

контролю.

западания

и

Не

поверхности,

незаполненные

кратеры

и

другие дефекты. Видимые дефекты необходи­ мо

устранить

до

контролируемой грубее

Ra = 6,3

На

контроля.

Шероховатость

поверхности должна быть не

мкм.

детали

с

темной

поверхностью

и

большой шероховатостью целесообразно нано­ сить грунтующее

покрытие:

быстросохнущие

лаки и краски, алюминиевую

пудру (со свя­

зующими добавками) или растворы на основе жидкого стекла (кистью в один-два слоя или

распылением).

Цвет

покрытия

должен

быть

контрастен цвету порошка, тогда не будет за­ труднен осмотр деталей с целью определения

мест скопления порошка. Толшина покрытия не должна превышать

краски, например нитроэмалью НЦ-25. Если

изделия

ление мест, покрытых отложениями порошка;

лей, подвергаемых МП контролю, соответству­

ет по параметру

магнитного

делия;

ление их характера.

В

перемешивании

порошка с транспортирующей жидкостью;

30 мкм.

Контролируемую поверхность перед кон­

контролируемого

тролем обезжиривают водными моющими рас­

изделия имеются резкие переходы (например,

творами, если контроль проводят с применени­

выпуклость валика шва, чешуйчатость,

ем водной магнитной

подре­

суспензии,

и просуши­

зы) или крупные микронеровности, то магнит­

вают,

ный порошок интенсивнее скапливается не над

бом. Обычно применяют моющий раствор сле­

дефектами, а в местах переходов и углублений.

дующего состава:

Поэтому при контроле сварных швов с выпук­

ного вещества

лостью или грубой чешуйчатостью нельзя од­

95 ...96

нозначно судить о наличии внутренних дефек­ тов. Чтобы порошка,

избавиться

уменьшают

чивающего

поля

и

если

контроль

-

выполняют

4... 5

сухим

спосо­

г поверхностно-актив­

эмульгатора ОП-7 (ОП-IО) и

мл питьевой воды.

Наносить магнитный порошок на контро­

от ложного

оседания

лируемое

напряженность

намагни­

сухим и мокрым. В первом случае для обнару­

сварные

соединения,

вы­

изделие

можно

двумя

способами:

жения дефектов используют сухой магнитный

полненные автоматической сваркой, контроли­

порошок. Этот способ рекомендуется для кон­

руют с чувствительностью не выше уровня Б, а

троля

полученные ручной сваркой

соба

-

уровня В.

деталей

с

шероховатой

поверхностью

для обнаружения подповерхностных дефектов.

Методика контроля, Методика МП спо­

Высокодисперсный сухой порошок (с частица­

включает

ми

(ГОСТ

в

себя

следующие

операции

21105-87): подготовку поверхностей перед кон­

0,1 ... 1О

мкм) наносят на контролируемую

поверхность в виде воздушной смеси,

полу­

чаемой распылением порошка с помощью пор­

-

тролем и очистку их от загрязнений, окалины,

тативных устройств

следов шлака после сварки;

следует создавать такие условия,

распылителей. При этом при которых

МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

337

частицы медленно распределяются по поверх­

нием

ности, не ударяясь о нее.

правления намагничивающего поля.

магнитного

порошка

независимо

от

на­

При мокром способе при меняют магнит­

Осаждение магнитного порошка не все­

ную суспензию (взвесь магнитного порошка в

гда указывает на наличие дефекта. Иногда маг­

дисперсионной среде). К дисперсионной среде

нитный порошок скапливается над магнитоне­

предъявляют следующие требования: хорошая

однородными

смачивающая способность; коррозионная стой­

клепом, структурной неоднородностью и рез­

кость и кинематическая вязкость ~ЗО . 10-6 м 2 /с

ким

при

ния. Это явление относят к ложным, или мни­

температуре

требованиями порошки

контроля

ГОСТ

должны

в

соответствии

Магнитные

21105-87.

обладать

с

определенными

местами

изменением

изделия с местным на­

площади

поперечного

сече­

мым, дефектам. Осаждение порошка на лож­

ных

дефектах,

не

связанное

с

нарушением

магнитными свойствами. Чем выше магнитная

сплошности

проницаемость частиц, тем легче обнаружи­

нованием для браковки изделия при магнитном

вать

металла

изделия,

не

является

ос­

меньше

контроле. Чтобы отличить дефекты, выходя­

некоторого определенного размера не осажда­

щие на поверхность, от ложных, можно приме­

ются

нять

небольшие дефекты. в

Частицы

применяемой дисперсионной среде.

Такой размер частиц является предельным для

В качестве дисперсионной среды приме­

50 %

керо­

капиллярные

чию трещин.

При

необходимости дефектное

место фотографируют или с него снимают де­ фектограмму_ Наиболее простой способ полу­

сина и масла) или воду.

При мокром способе магнитную суспен­ наносят

контрольных

чию валиков порошка, соответствующих нали­

няют керосин, масло, их смесь (по

зию

качестве

Разбраковку изделий проводят по нали­

данной среды. Для МПД обычно используют черный магнитный порошок FеЗО4_

в

методы дефектоскопии.

на контролируемую

поверхность

чения дефектограмм

использование бытовой

-

прозрачной липкой ленты. На подсохнувшую

поливом слабой струей, не смывающей осев­

поверхность осторожно наносят липкую ленту,

ший над дефектом порошок. Магнитная сус­

плотно

пензия должна обязательно стекать с поверх­

снимают ленту с прилипшим к ней магнитным

ности,

порошком и наклеивают на бумагу.

поэтому последнюю располагают с

на­

прижимают

ее

к

поверхности,

Результаты МП контроля регистрируют в

клоном. При поливе сосуд, в котором находит­

ся суспензия, необходимо постоянно встряхи­

специальных

вать, не давая порошку оседать на дно. Поли­

няемых по установленной форме.

непосредственно

в

процессе

намагничи­

журналах

протоколах,

запол­

дически проверять работоспособность приме­

вания. Осмотр контролируемого изделия про­

няемого

водят во время полива и

индикаторного

после него, по окон­

и

В процессе контроля необходимо перио­

вать контролируемое изделие суспензией сле­ дует

затем

комплекса

средств

материала).

(дефектоскопа, ДЛя

этой

цели

чании намагничивания_ Освещенность контро­

обычно служат специальные контрольные об­

лируемой поверхности измеряют с помощью

разцы с тонкими дефектами, подобранными из

люксметра

типа

Ю116.

Она

должна

быть

Результаты контроля оценивают по нали­ чию на контролируемой поверхности магнитного

ным

числа забракованных деталей. Размеры дефек­ тов в контролируемом образце должны соот­

~500 лк.

глазом

порошка,

или

с

видимого

валика

невооружен­

помощью

оптических

ветствовать принятому уровню чувствительно­

сти.

Испытательные

образцы

для

контроля

сварных соединений могут быть изготовлены по следующей методике.

Из низкоуглеродистой стали (Ст3, сталь

средств, например лупы двух-, четырехкратно­

раз при повторном нанесении магнитной сус­

1О, сталь 20) изготовляют пластину 150 х 150 мм и толщиной 10... 15 мм.

пензии или порошка. Четкий, нерасплывшийся

поверхности пластины (посередине) выфрезеро­

валик свидетельствует о дефекте, выходящем

вывают

го

на

увеличения,

и

поверхность,

воспроизводимого

расплывшийся

-

о

каждый

наличии

сплошной

трапециевидный

чтобы толщина металла под паз бьmа

размером На одной паз

так,

2...2,5

мм.

валика

Одну половину пластины закрепляют в тисках,

равна протяженности выявленного дефекта с

а другую сгибают и разгибают по пазу до тех

погрешностью, равной ширине валика. Дефект

пор,

округлой

паза не появится трещина. Затем во избежание

подповерхностного

0,5 ... 1

формы

дефекта.

с

ДЛина

поперечным

размером

мм характеризуется линейным осажде-

пока

на стороне

деформации

без

выфрезерованного

пластины паз заваривают в кон-

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

338

дукторе. Вершину паза заваривают электрода­ ми диаметром

2 мм

при силе тока ~90 А, чтобы

Применяя

стационарные

универсальные

дефектоскопы, можно проводить намагничива­

не допустить полного провара трещин. Выпук­

ние всеми известными способами, а также кон­

лость

троль в приложенном поле и способом оста­

шва

зачищают

заподлицо,

после

чего

пластину разрезают поперек шва на две равные

'точной намагниченности.

части. Плоскость реза полируют и измеряют высоту дефекта.

Изменяя режимы сварки

Такие дефектоскопы отличаются родом

и

намагничивающих токов, мощностью и разме­

толщину слоя металла над пазом, можно полу­

рами контролируемых деталей. Длина деталей

чить трещины желаемой глубины.

определяется возможностью раздвижения кон­

К контрольным образцам прилагают пас­ порт

и

фотографию

выявленными

поверхности

дефектами.

В

нем

образца

с

указывают

материал образца, размеры и число дефектов, уровень

чувствительности,

ствуют дефекты.

Режим

которому

контроля

соответ­

считается

стабильным, если число и длина обнаруживае­ мых на контрольном образце трещин при мно­ гократных проверках остаются постоянными.

Аппаратура. К основным средствам, ис­ пользуемым при МП дефектоскопии, относят намагничивающие устройства и индикаторные материалы.

Контроль осуществляют с помо­

щью универсальных

или

специализированных

дефектоскопов, позволяющих получать необ­ ходимые

поля

и создавать оптимальные усло­

вия контроля. В комплект дефектоскопа входят

тактных устройств (бабок), поперечные разме­ ры зависят от мощности дефектоскопа и мак­ симальной силы тока.

В первом приближении можно считать, что

максимальный

дефектоскопа

которые

обеспе­

например

когда

магнитные

материала

детали

позволяют

шей чувствительности

контроля

и

подвода к

ним

позиции

тока циркулярного

ЛJм.

характеристики

намагничивающего типов

десятки

наивыс­

контроля при меньшей

вестны

поля.

универсальных

Из­

стацио­

нарных дефектоскопов.

UJирокое распространение

получили пе­

реносные и передвижные (менее мощные) де­ собой

на

напря­

80

достичь

напряженности

фектоскопы.

деталей

поверхности детали

зя контролировать детали большего диаметра,

рованное намагничивание;

установки

на

Это не означает, что в отдельных случаях нель­

чивают циркулярное, полюсное или комбини­ для

контролируемой

женность магнитного поля достигает

следующие основные устройства:

намагничивающие,

диаметр

детали таков, что при максимальной силе тока

Как правило,

источники

они представляют

переменного,

(однополупериодвыпрямленного)

постоянного и

реже

-

импульсного тока. Иногда один дефектоскоп позволяет работать с двумя видами тока.

намагничивания;

Передвижные и переносные универсаль­

для обработки деталей индикаторными составами (суспензией или сухим порошком);

ные дефектоскопы предназначены для намаг­

осветительные (источники

ничивания и контроля деталей в условиях, ко­

видимого

или ультрафиолетового излучения); измерительные, тролировать

гда

позволяющие

намагничивающие токи

или

кон­ маг­

Для МП контроля в основном применяют универсальные;

трех

типов:

передвижные

специализированные

стационарные и

переносные;

(стационарные

и

пере­

движные).

Стационарные скопы

универсальные

дефекто­

получили широкое распространение

на

предприятиях крупносерийного (или мелкосе­ рийного) производства разнотипных деталей. Такими

применять

например

для

стационарные

де­

намагничивания

крупногабаритных деталей по частям, в случае

работы в полевых условиях и Т.П. Как правило,

нитные поля.

дефектоскопы

невозможно

фектоскопы,

дефектоскопами

можно

контролиро­

вать детали различной конфигурации, с произ­ водительностью от десятков для многих сотен

деталей в час. Скорость контроля значительно возрастает при использовании люминесцентно­

го магнитного способа.

такие дефектоскопы снабжают комплектом для контроля (сухие порошки и устройства для их напыления, сосуды с суспензией и т.п.). Переносные и передвижные универсаль­

ные дефектоскопы позволяют проводить: цир­ кулярное намагничивание с помощью токовых контактов,

продольное

помещаемых

на

намагничивание

участке

детали;

посредством

ка­

беЪя, навиваемого на деталь; а иногда электро­ магнитом.

Получили значительное распространение специализированные полуавтоматы для намаг­

ничивания деталей с последующим их контро­ лем способом остаточной намагниченности.

МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

339

Роликовый импульсный дефектоскоп яв­

должна быть размагничена; ее прижимают к

ляется электромагнитным прибором, использу­

шву плоских изделий специальной эластичной

ется при контрольных операциях в

цеховых и

«подушкой». При контроле кольцевых швов

лабораторных условиях работы. Он предназна­

труб, сосудов и

чен для импульсного намагничивания в откры­

ленту к поверхности шва прижимают по всему

той магнитной цепи соленоида относительно

периметру эластичным резиновым поясом);

коротких массивных изделий с малой прони­

цаемостью формы. Прибор обеспечивает одно­ временное

выявление

продольных

и

попереч­

ных дефектов при одноразовом контроле их в ванне с магнитной суспензией.

Из отечественных переносных дефекто­ скопов лучшими являются при боры МД-4К и

МД-6.

Сущность

этого

намагничивании

сти

от

типа

толшины

зависимо­

намагничиваюшего устройства,

сварного

шва

и

его

магнитных

свойств;

расшифровку результатов контроля, для чего магнитную ленту вводят в считываю­

экранах дефектоскопа выявляют дефекты. Пе­

метода

заключается

контролируемого

в

участка

сварного шва и ОШЗ с одновременной записью магнитного

поля

на

магнитную

ленту

(рис.

16.129, а) и последуюшем считывании полу­ ченной информации с нее специальными вос­ производяшими устройствами МГ дефектоско­ пов, оснашенных вторичными преобразовате­ лями в виде феррозондов или индукционных

головок.

Этот сигнал

после

преобразования

поступает на экран ЭЛТ (см. рис. Методика

контроля.

16.129, 6).

Технология

МГ

контроля включает в себя следующие операции

25225-82): осмотр

и

подготовку

поверхности

контролируемого изделия (при этом с поверх­ ности

намагничивание контролируемого из­ делия при оптимальных режимах в

шее устройство дефектоскопа и по сигналам на

16.5.3. МАГНИТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД

(ГОСТ

других изделий магнитную

контролируемых швов

должны

быть

удалены остатки шлака, брызги расплавленно­ го металла, грязь и т.д.); наложение на шов отрезка магнитной

ленты (перед началом работы магнитная лента

ред воспроизведением дефектоскоп настраи­ вают по эталонной магнитограмме с записью

магнитного поля дефекта минимально допус­ тимых размеров. Во

время воспроизведения

регистрируются все дефекты, амплитуда им­ пульса от которых на экране осциллографа превышает амплитуду импульса от эталонного

дефекта. Применяют МГ метод в основном для контроля стыковых швов, выполненных свар­

кой плавлением, и в первую очередь при де­

фектоскопии швов магистральных трубопро­ водов. Этим методом можно контролировать сварные изделия и конструкции толшиной до

20 ... 25

мм.

Чувствительность

тельность

троля К определяется кального

метода.

магнитографического размера

выявляемого

как отношение

(глубины)

Рис.

s

основного

металла контролируемого изделия: К =!1s

16.129. Схема МГ коитроля сварного шва: 2 - сварной шов; 3 - дефект; 4 -

намагничивающее устройство;

кон­

верти­

минимально

!1s

дефекта к толшине

б)

1-

Чувстви­

метода

магнитная лента

/ s.

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

340

Критерием тимое

выявляемости

отношение

служит допус­

амплитуды

сигнала

от

де­

фекта Ад к амплитуде сигнала от помех А п , При

Ап

уменьшении допустимого отношения Ад

/

чувствительность

дос­

увеличивается,

однако

Чувствительность сить

увеличением

метода

можно

чувствительности

повы­ магнит­

ных лент и улучшением избирательности аппа­ ратуры

считывания

результатов

контроля

с

магнитной ленты.

При ~Г контроле изделия намагничива­

товерность метода снижается. Поэтому в каж­

дом конкретном случае необходимо оптимизи­

ют

ровать этот критерий в зависимости: от вида

(см. рис.

с

помощью

специальных

16.129), реже

электромагнитов

применяют циркулярное

дефекта, положения его внутри изделия, режи­

намагничивание. Для обнаружения внутренних

ма намагничивания и типа применяемой ленты.

дефектов

Чувствительность ~Г контроля опреде­ ляется: размерами, формой, глубиной и ориен­

тацией

дефектов,

геометрией

намагничивание

проводят постоян­

ным током, а поверхностных и подповерхност­

ных дефектов

переменным.

-

поверхности,

Аппаратура. Результаты контроля с маг­

параметрами считывающей головки дефекто­

нитной ленты считывают ~Г дефектоскопами.

скопа и типом магнитной ленты. ~агнитогра­

Простейшая структурная схема ~Г дефекто­

фией наиболеенадежно выявляются плоскост­

скопа изображена на рис.

ные дефекты (трещины, непровары, несплавле­

имеет электродвигатель,

ния), а также протяженные дефекты в виде

щение

цепочек

головками. Последние перемещаются поперек

шлака,

преимущественно

ориентиро­

ванные поперек направления магнитного пото­

ка. Значительно хуже фиксируются округлые дефекты (поры, шлаковые включения). Практикой установлено, что этим методом

хорошо обнаруживаются внутренние плоскост­

ные дефекты, когда их вертикальный размер составляет

8... 1О % толщины сварного шва.

При

снятой выпуклости шва максимальная чувстви­ тельность контроля к указанным дефектам дос­ тигает

5 %.

Округлые внутренние дефекты об­

наруживаются, когда их размер по высоте ~20

%

толщины изделия. Чувствительность ~Г метода к поверхностным дефектам примерно такая же

или несколько хуже, чем у ~П. Чем глубже расположен дефект от поверхности изделия, на которую

укладывается

магнитиая

лента,

тем

хуже он выявляется. Современная аппаратура позволяет обнаруживать дефекты с вертикаль­ ным размером

10... 15 % толщины 20... 25 мм.

изделия на

глубине залегания до

На чувствительность

влияют

высота

~Г метода сильно

и форма выпуклости

шва, а

также состояние его поверхности. для лучшей

выявляемости дефектов необходимо выполнять

магнитной

ленты.

несколькими

Электрические

во вра­

магнитными

сигналы

с

нем и попадают на ЭЛТ. Промышленность выпускает дефектоско­ пы, имеющие два вида индукции:

импульсную

и телевизионную. При импульсной индикации

на экране ЭЛТ возникают импульсы, амплиту­

да которых характеризует величину дефектов в вертикальном

направлении,

а

при

видеоинди­

кации магнитный потенциальный рельеф полей рассеяния от дефектов переносится

на экран

ЭЛТ в виде телевизионного изображения маг­ нитограммы отдельных участков шва.

Известны дефектоскопы типа ~Д-9 с им­

пульсной индикацией и ~-11 с видимым изо­ бражением. Наиболее совершенные дефектоско­ пы r.1ДY-2Y, ~-10ИМ и

illK-l

имеют двой­

ную индикацию. Из зарубежных дефектоскопов широко применяютприборы типа 9.052 (ФРГ). В комплект дефектоскопа входит намаг­ ничивающее

устройство,

которое

состоит

из

П-образного магнитомягкого сердечника (маг­ нитопровода)

и

обмотки.

Намагничивающее

3

толщины основного металла,

25 %

с

Дефектоскоп

головки поступают в усилитель, усиливаются в

сварку так, чтобы высота выпуклости шва не превышала

барабан

16.130.

приводящий

а переход от наплавленного металла к плоско­

сти

был

на

поверхности

плавным.

:525 ...30 %

При шва

этом

чешуйчатость

должна

высоты выпуклости, но

составлять

:51

мм. При

контроле швов с грубой чешуйчатостью необ­ ходима зачистка шва. Не допускается контроль сварных

швов

мых элементов. чают

при

со

смещением

кромок

стыкуе­

Наилучшие результаты

контроле

сварных

ных автоматической сваркой.

швов,

полу­

выполнен­

Рнс.

16.130. Структурная

схема МГ дефектоскопа:

1 - электродвигатель; 2 - блок головок; 3 - магнитная лента; 4 - усилитель; 5 - генератор развертки; 6 - ЭЛТ

МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

341

устройство выполняется с удлиненными полю­

лий из магнитных и немагнитных материалов.

сами,

Магнитная

опирающимися

на

четыре

немагнитных

проницаемость значительно боль­

ролика. Опорные ролики создают между по­

ше,

верхностью

и полю­

от химического состава, структуры и состояния

воздуш­

ферромагнитного материала.

сами

контролируемого

намагничивающего

ный

зазор

мм)

изделия

устройства

проводимость,

В связи с этим

позволяющий электромагниту свободно пере­

риалов

большей

мещаться вдоль сварного шва.

определении изменения свойств, связанных с

выпускает

несколько

которые

(ПНУ):

ПНУ-МI,

предназначены

ПНУ-М2,

для

метра

(до

толщиной

швов

1420 мм) до 20 мм

труб

мате­

основывается

на

По

изменению

электрической

проводи­

мости можно судить о качестве точечной кон­

намагничивания

тактной и шовной контактной сварки алюми­

и плоских изделий толщиной до сварных

степени

УНУ,

сварных стыков труб диаметром контроля

ферромагнитных

магнитной проницаемостью.

типоразмеров передвижных намагничивающих

устройств

в

из

зависит

изделий

Промышленность

величины,

электрическая

контроль

(2 ... 3

постоянной

чем

150... 1200 мм 16 мм. Для мг

большого

и плоских

диа­

конструкций

применяют шаговые

на­

ниевых сплавов. В случае наличия литого ядра электропроводность

в

зоне

последнего

сплавов ДJ6АМГ уменьшается на сравнению

с

для

10 ... 15 %

электропроводностью

по

основного

металла. ДЛЯ В-95, АМ-6 и других сплавов это

магничивающие устройства (МНУ -1). Кольце­

изменение

вые швы труб диаметром

наличии дефектов типа «слипание» или непро­

чивают

неподвижным

ройством типа Все

мм намагни­

57 ... 150

намагничивающим

уст­

HBY-I.

может достигать

вар электропроводность

намагничивающие

Вихретоковый

При

литого ядра примерно

равна электропроводности

перечисленные

15 ... 30 %.

основного металла.

метод широко не приме­

устройства питаются постоянным током. В за­

няют

водских

электропроводность отдельных зон шва и ОШЗ

условиях

выпрямители,

а

источниками

в

полевых

тока

часто

служат

применяют

переносные автономные станции типа СПП-I

илиСПА-I. Для

при

значительно

магнитных полей

при

МГ

контроле используют магнитную ленту. Лента выполнена на триацетатной

или

сварных

меняется,

что

швов,

создает

так

как

большие

помехи при выявлении дефектов сварки. Вих­ ретоковые

записи

контроле

методы

могут быть использованы

для фазового и структурного анализа указан­ ных зон.

лавсановой

Методика контроля. Методика контроля

основе с нанесением на нее мельчайших фер­

включает в себя следующие основные опера­

ромагнитных частиц.

ции (рис.

16.131): внешний осмотр изделия и устране­

16.5.4. ВИХРЕТОКОВЫЙ МЕТОД Вихревые контроля поля

(электромагнитные)

основаны

вихревых

на регистрации

токов,

наводимых

ние наружных дефектов, мешающих контролю; методы

изменения

в поверхно­

стном слое изделия. Методами вихревых токов обнаруживаются только поверхностные и под­ поверхностные (на глубине На

1... 2 мм) дефекты.

сопротивляемость

установление полезадающей системы

1

на контролируемое изделие

сканирование датчика рующих приборов

трическая

проводимость

и

магнитная

-

методами

измеряют

---- ......

прони­

~---~,~\\ ~III

t...:J JI JI I

электриче­

----

-- / I ---/

Так как электрическая проводимость зависит от химического состава и физико-механичес­ структуроскопии

изде-

//.

:==.:.~

ких свойств материала, вихретоковые методы применяют в

и регистри­

---'" --- " .-- '

элек­

скую проводимость бесконтактным способом.

успешно

3

вдоль поверхности кон­

расшифровку результатов контроля и

цаемость. Благодаря последнему свойству вих­ ретоковыми

4, 5

оценку качества изделия.

одной стороны, поля дефектов, на чем основа­ на дефектоскопия изделия, и, с другой,

и пропускание

тролируемого объекта;

поверхностного

слоя проникновению вихревых токов влияют, с

2

тока через возбуждающую катушку;

Рис.

16.131. Схема

электромагнитиого контроля

342

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Чувствительность тельность

метода. На чувстви­

электромагнитного

метода

тельно влияет зазор между датчиком

ностью

контролируемого

взаимное

изделия,

расположение,

С увеличением

форма

значи­

и поверх­

а также

и

их

размеры.

зазора резко падает чувстви­

тельность метода. Допускаемый максимальный зазор

2

мм. Структурная неоднородность суще­

ственно

снижает

чувствительность

метода

к

обнаружению дефектов. Этим методом удается выявить

поверхностные

и

подповерхностные

трещины глубиной стью

0,1 ... 0,2 мм и протяженно­ > 1 мм, расположенные на глубине до 1 мм. Перечисленные геометрические факторы

обусловили ряд новых возможностей метода вихревых токов: измерение толщины слоя ских,

лакокрасочных,

гальваниче­

теплоизоляционных

по­

крытий и пленок;

определение

толщины

стенки

труб,

пустотелых деталей и других тонколистовых изделий при одностороннем доступе к ним; измерение диаметра прутков и прово­ локи.

Однако в ряде случаев геометрические

вать более сильное влияние на параметры дат­ чика,

чем

исследуемые

свойства

материала

деталей.

Способы методы

контроля.

подразделяют

в

Электромагнитные

основном

по

полеза­

дающим системам. Эти системы могут быть проходными, если катушка с током охватывает

деталь или вставляется в нее (рис. и накладными,

16.132,

а,

6),

когда катушку с ТОЮ)М устанав­

ливают на деталь торцом (см. рис.

16.132, в).

В первом случае электромагнитная волна от полезадающей системы распространяется в

направлении втором

-

контролируемого

объекта,

во

вдоль его поверхности. Измеритель­

ные катушки (датчики) могут быть выполнены

отдельно от полезадающих (генераторных) и обычно

располагаются

вблизи

контролируемого изделия (рис.

поверхности

16.133).

Накладные преобразователи выполняют с ферромагнитным сердечником или без него.

Ферромагнитный сердечник (обычно феррито­ вый) повышает абсолютную чувствительность

преобразователя и уменьшает зону контроля благодаря локализации потока.

практиче­

Проходные вихретоковые преобразовате­

ское применение метода. Последнее объясня­

ли (ВТП) подразделяют на наружные и внут­

ется тем, что при контроле деталей, например

ренние. Такая классификация проходных пре­

по свойствам их материалов, связанным с элек­

образователей основана на том, что они в про­

факторы

существенно

затрудняют

тропроводностью, отклонения в размерах дета­

цессе контроля проходят или снаружи объекта,

лей (даже в пределах допусков) могут оказы-

охватывая его, или внутри объекта.

н

I +

I , I I

-1

/

"'" ------...... -- " б)

/ /

vt

Рис.

I I I I I I

16.132. Осиовиые

\

\ , I

It

Н

схемы полезадающих систем электромагнитного контроля:

Н - вектор напряженности магнитного по~я; V - направление элекгромагнитной волны

МАГНИТНАЯ И ВИХРЕТОКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

-~~

Рис.

ров объекта, например, шероховатости поверх­ ности и др. Порог чувствительности

16.133. Схема

но

ки; представления и регистрации информации;

маркировки дефектных участков; подмагничи­ вания и Т.д.

Дефектоскоп типа ИПП предназначен для

поля:

выявления

также в тех случаях, когда требуется обеспе­ чить локальность и высокую чувствительность.

используют

при контроле линейно-протяженных объектов

(проволоки, прутка, трубы и т.д.), а также при массовом контроле мелких изделий. Внутрен­ контролируют внут­

трубы,

а

также

стенки

отверстий в различных деталях. Дефектоскопы с проходными преобра­ зователими. При автоматизированном, высо­

коскоростном и бесконтактном контроле каче­

ства эффективны дефектоскопы с проходными преобразователями, позволяющими проверять в

широком диапазоне типоразмеров протяжен­

ные объекты (трубы, прутки, проволоку с попе­ речными размерами

0,15 ... 135

мм)

и мелкие

детали (шарики и ролики подшипников, метизы и т.д.). При этом производительность контроля может достигать

50

производства

4 .. .47

мм,

выполненных из ферромагнитных и неферро­

поверхностями и объектов сложной формы, а

поверхности

поточного

шестигранного профилей диаметром

при контроле качества объектов с плоскими

ренние

в условиях

поверхностных дефектов в прутках круглого и

измерительная катушка;

ВТП

длинного

Дефектоскопы отличаются главным обра­

контролируемое изделие

проходными

узкого

зом конструкцией, наличием блоков: сортиров­

Накладные ВТП применяют в основном

ними

глубиной

от поперечного размера (диаметра детали).

регистрации параметров

Наружные проходные ВТП

определяется

продольного дефекта, выраженной в про центах

полезадающая (генераторная) катушка;

23-

дефекто­

скопа с проходными преобразователями обыч­

~ электромагиитиого

1-

уровня помех, связанных с вариацией парамет­

~B'M

•

343

М/С (для проволоки)

или

нескольких тысяч мелких деталей в час. Произ­

водительность контроля труб, прутков ограни­ чивается инерционностью устройств транспор­

тирования и разбраковки и редко> 3 м/с.

Основной параметр дефектоскопа

-

порог

магнитных металлов и сплавов. Глубина поро­

гового дефекта длина

диаметра, но ~O, 1 мм;

1... 2 %

2 мм.

Прибор типа ИДП рассчитан на обнару­ жение в прутках диаметром

ромагнитных и сплавов

1... 5

мм из нефер­

ферромагнитных металлов и

поверхностных

дефектов:

трещин,

волосовин, раковин и т.п. Глубина порогового

дефекта

мм.

0,05

Ферромагнитные сварные трубы диамет­ ром до

60

мм контролируют дефектоскопом

ЭЗТМ. Проходной преобразователь, выполнен­ ный

в

виде

трехвитковой

трансформаторной

системы, обеспечивает надежную работу уст­ ройства в условиях

высоких температур при

наличии окалины, масел. Дефектоскоп обнару­ живает непровары в сварном шве и служит на­

дежной основой для замены гидроиспытаний. Дефектоскопы с иакладными преобра­

зователями. женных

Для

объектов

контроля

линейно-протя­

круглого сечения

(прутки,

трубы) применяют сканирующие дефектоско­ пы с вращающимися вокруг объекта наклад­ ными преобразователями. Такие дефектоскопы предназначены

дефектов

в

для

выявления

изделиях

из

поверхностных

ферромагнитных

и

слабомагнитных сталей, а также из цветных металлов и сплавов.

минималь­

для контроля плоских деталей типа лис­

ными размерами дефекта заданной формы, при

тов, а также изделий, имеющих малую кривиз­

чувствительности

которых Порог

-

отношение

определяется

сигнал/помеха

чувствительности

равно

устанавливают

2. по

ну

поверхности,

разработан ряд переносных

малогабаритных дефектоскопов с преобразова­

образцу с искусственными дефектами различ­

телями,

ной формы, например в виде отверстий разного

лельной поверхности объекта. Наиболее при­

диаметра и глубины в трубах и прутках, в фор­

знан дефектоскоп типа ЭДМ-65. ОН выявляет

ме продольных рисок на проволоке и т.д. Ре­

поверхностные дефекты в защищенных свар­

альный

ных швах деталей из алюминиевых сплавов.

порог

чувствительности

зависит

от

вращающимися

в

плоскости,

парал­

Глава

344

16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ имеющие

рисунком (след). Применительно к несплошно­

сравнительно большой диаметр головки, труд­

Сканирующие

дефектоскопы,

сти типа единичной трещины вместо термина

но при менять для контроля изделий сложной

«индикаторный рисунок» допускается термин

конфигурации. В этих случаях обычно исполь­

«индикаторный след».

зуют переносные и малогабаритные скопы

с

малым

диаметром

дефекто­

преобразователя,

работающего в статическом режиме.

Глубина сплошности

несплошности в

направлении

размер

-

внутрь

не­

объекта

контроля от его поверхности. Длина несплош­

В настоящее время в России выпускаются

-

ности

продольный

размер

несплошности

приборы типов ВД-89НМ, ВД-96 и др., кото­

на поверхности объекта. Раскрытие несплош­

рые по техническим

ности

характеристикам

не усту­

пают зарубежным аналогам.

-

поперечный размер несплошности у ее

выхода на поверхность объекта контроля. Необходимым

16.6. КАПИЛЛЯРНЫЕ

пиллярным

МЕТОДЫ

сплошности

КОНТРОЛЯ Общие сведения.

имеющих

Капиллярные методы

неразрушающего контроля основаны на капил­

лярном

проникновении

индикаторных

жидко­

стей (пенетрантов) в полости поверхностных и сквозных несплошностей

материала

выход

сительная

их

полостных,

объекта

вещества на:

незагрязненность

в

зависимости

метод

посторонними

творов

от типа

проникаюшего

проникающих

рас­

жидкостный метод, основанный на

-

предназначен для обнаружения невидимых или

использовании

слабовидимых невооруженным глазом поверх­

щества жидкого индикаторного раствора;

ностных и сквозных дефектов в объектах кон­ троля;

определення

их

расположения,

протя­

женности (для дефектов типа трещин) и ориен­ тации по поверхности. Этот вид контроля по­

зволяет диагностировать объекты любых раз­ меров

и

цветных

форм,

изготовленные

металлов

и

сплавов,

из

черных

пластмасс,

и

и

Капиллярные методы контроля подраз­

контроля и регистрации образующихся инди­

контроль

типа

поверхность

веществами.

каторных следов визуальным способом или с неразрушающий

ка­

нарушения

шающую ширину их раскрытия, является отно­

деляют

Капиллярный

на

выявления

дефектов

глубину распространения, значительно превы­

материала объектов

помощью преобразователя.

условием

контролем

в

метод пензий

качестве

проникающего

фильтрующихся

ве­

сус­

жидкостный метод, базирующийся

-

на применении в роли жидкого проникающего

вещества

индикаторной

суспензии,

которая

образует индикаторный рисунок из отфильтро­ ванных частиц дисперсной фазы. Капиллярные методы в зависимости от

стек­

ла, керамики, а также других твердых нефер­

способа

ромагнитных материалов.

подразделяют на:

выявления

индикаторного

рисунка

Капиллярный контроль применяют также

л ю м и н е с ц е н т н ы Й, основанный

для объектов, выполненных из ферромагнит­

на регистрации контраста люминесцирующего

ных материалов, если их магнитные свойства,

в длинноволновом ультрафиолетовом излуче­

форма, вид и месторасположение дефектов не

нии видимого индикаторного рисунка на фоне

позволяют достичь требуемой чувствительно­

поверхности объекта контроля; ц в е т н ой, состоящий в регистрации

сти МП методом или если его нельзя приме­ нять по условиям эксплуатации объекта. Капилляр, объекта

выходящий

контроля

только

с

на

контраста цветного

поверхность

одной

стороны,

дикаторного

в

рисунка

видимом

на

излучении

фоне

ин­

поверхности

объекта контроля;

а

люминесцентно-цветной,

соединяющий противоположные стенки объек­

заключающийся в регистрации контраста цвет­

называют

поверхностной

та контроля

-

несплошностью,

сквозной. Если поверхностная и

сквозная несплошности являются дефектами,

ного

или

люминесцирующего

индикаторного

рисунка на фоне поверхности объекта контроля

то допускается применять вместо них термины

в видимом или длинноволновом ультрафиоле­

«поверхностный дефект» и «сквозной дефект».

товом излучении;

Изображение, образованное пенетрантом

я р к о с т н ы Й, основанный на реги­

в месте расположения несплошности и подоб­

страции контраста в видимом излучении ахро­

ное форме сечення у выхода на поверхность

матического

объекта

объекта контроля.

контроля,

называют

индикаторным

рисунка

на

фоне

поверхности

КАПИЛЛЯРНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

16.6.1. ДЕФЕКТОСКОПИЧЕСКИЕ

МАТЕРИАЛЫ

первичной информации о наличии несплошно­

Капиллярный дефектоскопический мате­ риал (КДМ) при меняют при капиллярном не­ разрушающем контроле и используют для про­

питки, нейтрализации явления

его

остатка

с

сти в объекте контроля. Они широко исполь­ зуются

целью

и про­

получения

пер­

предприятиями

различных

отраслей

промышленности.

Эффективность КДМ определяется мате­

или удаления избытка

проникающего вещества с поверхности

345

риалами:

пенетрантом,

проявителем

и

очисти­

телем или гасителем.

вичной информации о наличии несплошности в объекте контроля.

16.6.2. АППАРАТУРА

Дефектоскопические материалы выбира­

КАПИЛЛЯРНОГО

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

ют в зависимости от требований, предъявляе­ мых к объекту контроля, его состояния и усло­

Аппаратура

вий контроля. Их укомплектовывают в целевые

щего контроля (КИК)

капиллярного

-

неразрушаю­

это технические сред­

наборы, в которые входят полностью или час­

ства контроля, исключая дефектоскопические

тично взаимообусловленные совместимые де­

материалы,

фектоскопические

неразрушающего контроля.

материалы,

рассматривае­

Капиллярный

мыениже.

Набор дефектоскопических материалов взаимозависимое ских

используемые

сочетание

материалов:

-

дефектоскопиче­

индикаторного

пенетранта,

купность

Индикаторный nенетрант (пенетрант)

-

капиллярного

дефектоскоп

приборов

КИК,

-

это

сово­

вспомогательных

средств и образцов для испытаний, которыми с помощью риалов

проявителя, очистителя и гасителя.

для

цесс

набора

дефектоскопических

осуществляют

контроля.

мате­

технологический

Капиллярные

КдМ, способный проникать в несплошности

(далее

объекта контроля и индицировать их.

выявления невидимых или слабовидимых гла­

Очиститель тель)

-

от

nенетранта

-

дефектоскопы)

про­

дефектоскопы

предназначены

для

(очисти­

зом поверхностных дефектов (трещин, порис­

КДМ, предназначенный для удаления

тости, непроваров, других несплошностей раз­

индикаторного пенетранта с поверхности объ­

личного происхождения) в

екта контроля самостоятельно или в сочетании

неметаллических материалах, полуфабрикатах

с органическим растворителем или водой.

и изделиях любой геометрической формы.

Гаситель nенетранта (гаситель) служащий

для

гашения

-

КДМ,

люминесценции

-

При боры КИК

металлических и

это устройства, с помо­

или

щью которых получают, передают и преобра­

индикатор­

зуют информацию о технологических операци­

ных пенетрантов на поверхности объекта кон­

ях, дефектоскопических материалах или нали­

троля.

чии несплошности для непосредственного вос­

цвета

остатков

соответствующих

Проявитель nенетранта (проявитель)

-

КДМ, предназначенный для извлечения инди­ каторного пенетранта из капиллярной полости

несплошности

с

целью

образования

приятия

оператором

или

средством,

его

заме­

няющим.

В

качестве

вспомогательных

средств

четкого

КИК используют: ванны, камеры, столы, кон­

индикаторного рисунка и создания контрасти­

тейнеры, кисти, распылители и Т.П., которые

рующего с ним фона.

служат для выполнения или интенсификации

Наборы материалов для капиллярной

одной или нескольких технологических опера­

дефектоскопии. КДМ позволяет обнаружить

ций КИК без изменения и регулирования их

микроскопические поверхностные дефекты на

параметров.

изделиях практически из любых конструкци­

Общие технические требования к де­

онных материалов. Разнообразие дефектоско­

фектоскопам.

пируемых изделий и различные требования к

носные, передвижные, стационарные.

их

надежности

требуют дефектоскопических

средств различной чувствительности. имеется лов,

значительный

применяемых

шающем

контроле

при и

Сейчас

ассортимент

материа­

капиллярном

неразру­

предназначенных

для

Дефектоскопы

бывают

пере­

Рабочий режим дефектоскопа выбирают: продолжительный,

кратковременный

и

по­

вторно-кратковременный.

В зависимости от функционального на­ значения

и

эксплуатационной

законченности

пропитки, нейтрализации или удаления избыт­

дефектоскопы могут включать в себя полно­

ка

стью или частично различающиеся функцио­

проникающего

проявления

его

вещества

остатков

с

с

поверхности

целью

и

получения

нальные устройства, рассматриваемые ниже.

Глава

346

16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Устройство предназначено

подготовки

для

объектов к кик

очистки

подготовка объекта к контролю;

контролируемой

поверхности и полостей несплошностей объек­ та контроля перед применением

обработка

пенетранта.

дельного

полостей ния

материалами

или

служит

взаимозависимого

несплошностей

пенетранта,

для

и удаления

как средство

проявителя

контроля

прояви­

несплошностей

рассчитано

на интенси­

фикацию процесса образования индикаторного рисунка под воздействием тепла, вакуума, виб­ рации или упругой деформации

объекта кон­

троля.

Устройство

предназначено или

выявления

для

косвенной

несплошностей

визуального

регистрации

рисунка в нормированных

обнаружения индикаторного

условиях освещения

или облучения. Устройство ского

материала

контроля

дефектоскопиче­

контролирует

один

или

сколько параметров дефектоскопического териала

на

их

соответствие

не­

ма­

установленным

нормам.

Устройство контроля излучения

-

прибор

для измерения облученности или освещенно­

сти поверхности объекта контроля соответст­ вующим излучением.

Устройство процесс а

контроля

контролирует

технологического

режим

окончательная очистка объекта.

удале­

теля.

Устройство

обнаружение дефектов и расшифров­ ка результатов контроля;

заполнения

пенетрантом,

нанесения

от­

Технологический

Для

оценки

класса

чувствительности

примеияют натурный образец объекта контро­

ля (или его часть) с естественными дефектами. Допускается применение образцов для испыта­

ний с искусственными дефектами,

рекомен­

дуемые способы создания которых приведены

это изделие

с

заранее нормируемыми

при

-

оп­

ределенных условиях свойствами, предназна­

ченное для поверки при бора, вспомогательного средства,

технологического

процесс а

или

де­

фектоскопического материала кик В качестве нормируемых

свойств

могут

быть:

кон­

пользуемого набора дефектоскопических мате­ риалов, особенностей объекта контроля и типа

искомых дефектов, условий контроля, исполь­ зуемой аппаратуры. Подготовка объектов к контролю вклю­

чает в себя: очистку контролируемой поверх­ ности от всевозможных загрязнений; удаление лакокрасочных покрытий, моющих составов и дефектоскопических

материалов,

оставшихся

от предыдущего контроля; сушку объекта кон­ троля.

Для предварительной очистки поверхно­ стей применяют механическую очистку объек­ та контроля струей песка, дроби, косточковой крошки, другими диспергированными абразив­ ными материалами или резанием, в том числе

обработку поверхности шлифованием, полиро­ ванием, шабровкой. Для

окончательной

очистки

контроли­

руемых объектов используют следующие виды очистки:

в парах органических растворителей; растворяющую воздействием на объ­ ект контроля удаляющих загрязнения водяных

или органических растворителей, в том числе посредством струйной промывки, погружения, протирки; химическую водными растворами хи­

мических

реагентов,

взаимодействующих

с

удаляемыми загрязнениями, не повреждая объ­ ект контроля;

ниже.

Образец для испытаний средств кик

операций

ление) устанавливают в зависимости от: ис­

ской операции (операций), подготовки и обра­ материалом.

режим

троля (продолжительность, температуру, дав­

технологиче­

ботки объекта контроля дефектоскопическим

дефектоскопиче­

проявление дефектов;

Устройство обработки объектов дефекто­ скопическими

объекта

скими материалами;

электрохимическую рами

водными

раство­

химических реагентов с одновременным

воздействием электрического тока; УЗ водой

или

органическими водными

растворителями,

растворами

химических

соединений в УЗ поле с использованием режи­

ма УЗ капиллярного эффекта

явления ано­

-

наличие

мального увеличения высоты и скорости подъ­

несплошностей определенного раскрытия, глу­

ема жидкости в капиллярной полости под дей­

бины, протяженности, белизна проявляющего

ствием УЗ;

покрытия и т.п.

Методика контроля. Основными опера­ циями кик являются:

анодно-ультразвуковую водными рас­ творами

химических реагентов

с

одновремен­

ным воздействием УЗ и электрического тока;

КАПИЛЛЯРНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

347

Для выявления сквозных дефектов пенет­

тепловую прогревом при температуре,

не вызывающей недопустимых изменений ма­

рант

териала объекта контроля;

противоположную контролируемой.

сорбционную смесью сорбента и бы­ стросохнущего

органического

растворителя,

наносимой на очищаемую поверхность, вы­ держиваемой и удаляемой после высыхания.

Необходимые способы очистки, их соче­ тание и требуемую чистоту контролируемых

чувствительности

контроля

высоком классе предпочтительны

наносить

на

поверхность,

Темпера­

тура контролируемого объекта и индикаторно­ го

пенетранта,

а

также

продолжительность

заполнения полостей дефектов должны быть в пределах, указанных в технической докумен­

тации на данные дефектоскопический материал и объект контроля. Избыток индикаторного пенетранта уда­

поверхностей определяют в технической доку­ ментации на контроль. При

допускается

ляют или гасят на контролируемой поверхно­

сти одним из следующих способов:

не механические, а химические и электрохими­

протиркой салфетками с применением

ческие способы очистки, в том числе с воздей­

в необходимых случаях очищающего состава

ствием на объект контроля УЗ или электриче­

или растворителя;

ского тока. Эффективность этих способов обу­

промыванием

водой,

специальным

словлена оптимальным выбором очищающих

очищаюшим составом

составов, режимов очистки, сочетанием и

жени ем, струйно или распылением;

следовательностью

используемых

по­

способов

или

их смесями; погру­

обдуванием струей песка, дроби, кос­ точковой крошки, древесных опилок или дру­

очистки, включая сушку.

При подготовке объекта к контролю в не­

гого абразивного очищающего материала;

обходимых случаях снимают или компенсиру­ ЮТ остаточные или рабочие напряжения в объ­

воздействием на пенетрант гасителем люминесценции или цвета.

екте, сжимающие полости искомых дефектов.

При поиске сквозных дефектов в стенках

При использовании водосмываемых (по­ сле

воздействия

очистителя)

индикаторных

трубопроводных систем, баллонов, агрегатов и

пенетрантов перед употреблением проявителей

аналогичных полостных объектов, заполнен­

любого типа (кроме суспензий на водяной ос­

ных газом или жидкостью и находящихся под

нове)

избыточным давлением, полости таких объек­

подвергают естественной сушке или сушке в

тов освобождают от жидкости и доводят дав­

потоке воздуха. Допускается протирка чистой

ление газа в них до атмосферного.

гигроскопической

Этап обработки объекта дефектоскопиче­

мокрую

ными опилками

контролируемую

тканью,

и т.п.

В

поверхность

ветошью,

древес­

отдельных случаях

скими материалами заключается в заполнении

разрешается удалять индикаторный пенетрант

полостей дефектов индикаторным пенетран­

обдувкой

том, удалении его избытка и нанесении про­

обработки очистителем и водой.

явителя.

гашением

без

предварительной

Проявитель наносят следующими спосо­

Известно несколько способов заполнения полостей

несплошностей

индикаторным

пе­

нетрантом:

капиллярный самопроизвольный, ко­ тролируемую

поверхность

смачиванием,

по­

гружением, струйно, распылением с помощью

сжатого воздуха, фреона или инертного газа; вакуумный

-

при давлении в их по­

лостях менее атмосферного; компрессорный

-

распылением

жидкого

проявителя

УЗ в УЗ поле с использованием УЗ

проявителя

в

ническим путем;

созданием воздушной взвеси порош­

кообразного проявителя в камере, где разме­ нанесением

жидкого

проявителя

ки­

погружением

объекта

контроля

в

жидкий проявитель;

-

при воздействии

на объект контроля упругих колебаний звуко­ или

электрораспылением

электрическом поле струей воздуха или меха­

стью, щеткой или заменяющими их средствами;

капиллярного эффекта;

деформационный

ным методом;

щен объект контроля;

при воздействии на

него избыточного давления;

частоты

бами: струей воздуха, инертного газа или безвоздуш­

гда индикаторный пенетрант наносится на кон­

вой

и

статического

нагружения,

увеличивающего раскрытие несплошности.

обливанием жидким проявителем; электроосаждением проявителя путем

погружения в него объекта контроля с одно­ временным воздействием электрического тока;

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

348

посыпанием явителя,

порошкообразного

припудриванием

или

про­

обсыпанием

объекта контроля;

дикаторного

к

вызывающему

его

изме­

длине несплошности типа единичной трещины.

Класс

наклеиванием ленты пленочного про­

явителя

следа

нению раскрытия при неизменных глубине и

прижатием

липкого

слоя

к

объекту

диапазон

чувствительности

значений

КНК­

преимущественного

При использовании самопроявляющихся,

ны определенной длины при заданных услови­

фильтрующихся и других подобных индика­

ях

торных пенетрантов проявитель не наносят.

(или) оптическом параметрах следа.

вероятности

Класс

Проявление следов дефектов представля­

выявления,

геометрическом

чувствительности

контроля

дефектов, для чего используют один из спосо­

мальной ширины раскрытия дефектов, мм.

бов проявления индикаторных следов: выдержку объекта контроля на возду­ до

момента

появления

индикаторного

ри­

сунка;

нормированный по продолжительно­

сти и температуре нагрев объекта контроля при нормальном атмосферном давлении; выдержку

в

нормированном

вибрации,

.

от мини­

<1 1 10 10 100 100 500

11 .............•............•...... 111 . IV .. Технологический .

Не нормируют

Достигаемую чувствительность в необхо­ димых случаях определяют на натурных объ­

упругодеформационное воздействие на посредством

в зависимости

1

вакууме

над поверхностью объекта контроля;

объект

определяют

и

капиллярного

ет собой процесс образования рисунка в местах

хе

рас­

крытия несплошности типа единичной трещи­

контроля.

циклического

или повторного статического его нагружения.

Обнаружение дефектов представляет со­ бой сочетание или отдельное использование способов наблюдения и регистрации индика­

ектах

качество, характеризуемое порогом, классом и

искусственных

образцах

с естест­

меры которых уточняют металлографическими или другими методами анализа. Конструкция и технология изготовления образцов для испыта­ ний рассмотрены выше.

Требуемый класс чувствительности, объ­

торного следа.

Чувствительностью КНК называют его

или

венными или имитируемыми дефектами, раз­

ем,

периодичность

и

нормы

оценки

качества

устанавливает разработчик объекта контроля.

дифференциальной чувствительностью средст­ ва контроля в отдельности, либо целесообраз­

16.7.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ НА

ным их сочетанием. Порог чувствительности

КИК

-

ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

раскрытие несплошности типа единич­ в общем случае нарушение герметично­

ной трещины определенной длины, выявляе­ мое с

заданной

вероятностью

геометрическому

или

по

оптическому

заданному

сти определяется наличием в оболочке сквоз­

параметру

ных

следа. Верхнему порогу чувствительности со­ ответствует

наименьшее

тие, а нижнему

-

выявляемое

Д и К ат о р н о г о

Течь

раскры­

наибольшее.

Геометрический

течей

изделия

параметр

р и с у н к а

ин­

отношение

или

проницаемостью

основного

материала с нарушенной структурой.

-

это канал или пористый участок

или

его

элементов,

нарушающих

их

герметичность. Как правило, малые характер­ ные размеры течей исключают возможность их

среднего значения ширины индикаторного следа

визуального

к раскрьпию обнаруженной несплошностн.

всеми другими методами дефектоскопии, кро­

Оптический к а т о р н о г о

параметр

р и с у н к а

него значения яркости

-

инди­

отношение сред­

индикаторного следа к

среднему значению яркости фона. Ф о н поверхность

объекта

ференциальная средства КНК

-

методов

проникающих

или

обнаружения

веществ.

Малые

размеры сечений и неоднородность их по дли­ не произвольно извилистых каналов не позво­ ляют

характеризовать

течи

геометрическими

-

бездефектная

размерами. Поэтому величину течей принято

контроля,

обработанная

определять

п о в ерх н о сти

дефектоскопическими

ме

наблюдения

потоками

проникающих

через

них

-

веществ. Соответственно, в величине потоков

чувствительность

выражается порог чувствительности аппарату­

материалами.

Ди Ф

отношение изменения оптиче­

ского и (или) геометрического параметров ин-

ры и методов, так же как и диапазон выявлен­

ных течей.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

Поскольку

количество

перетекающего

через течь вещества зависит от его свойств,

ся

магнитный

349

анализатор

со

180-градусной

фокусировкой.

температуры и перепада давлений на канале

ГШlOгенные течеискатели построены на

течи, то для однозначности принято характери­

свойстве накаленной платины ионизировать на

зовать количество течь потоком

воздуха, про­

своей поверхности атомы щелочных металлов,

ходящего через нее из атмосферы в вакуум при

обладающие низким потенциалом ионизации, и

температуре

-18

ос.

Обозначают величину

резко

увеличивать

эмиссию

регистрируемых

течеискателей положительных ионов в присут­

течи буквой В. Требования к

порогу чувствительности

ствии галогенов.

Чувствительный

испытаний изделий устанавливают исходя из

элемент моделей

гало­

требований к их герметичности. Абсолютная

генных течеискателей представляет собой ди­

герметичность недостижима и

од,

неконтролируе­

состоящий

из

спирального

платинового

ма. Герметичными принято считать конструк­

анода,

навитого на керамическую трубку,

ции, если перетекание через них проникающих

коаксиального с ним охватывающего платино­

веществ достаточно мало для того, чтобы его

вого коллектора. Прямым накалом анод разо­

влиянием можно было пренебречь в условиях

гревается до

эксплуатации и хранения.

этом

керамического

ются

входящие в его состав

Методы течеискания существенно раз­

и

ОС. С нагреваемого при

800...900

основания

анода

испаря­

щелочные

метал­

нятся как по чувствительностии избирательно­

лы. До начала испытаний фиксируется фоно­

сти реакции на пробное вещество, так и по

вый ионный ток. Возрастание ионного тока в

принципу обнаружения пробного

ходе испытаний свидетельствует о поступле­

вещества,

нии

проникающегочерез течи.

Аппаратура. Наибольшей чувствитель­

к

чувствительному

элементу

галоген со­

держащих веществ, проникающих через течи.

масс­

Благодаря способности платины противо­

реагирую­

стоять окислению описанный чувствительный

шие только на пробное вещество вне зависимо­

элемент способен работать как в условиях ва­

ностью

обладают

промышленные

спектрометрические течеискатели,

сти от присутствия посторонних паров и газов.

Масс-спектрометрические

течеиска­

тели основаны на принципе ионизации газов и

куума,

так

и

в

атмосфере.

Соответственно,

галогенный течеискатель снабжают преобразо­ вателями двух типов: вакуумным и атмосфер­

паров с последующим разделением образовав­

ным.

шихся ионов по отношениям их массы к заряду

размещаемый в ранце и рассчитанный на при­

Течеискатель

с

автономным

в магнитных и электрических полях. Этот ме­

менение

тод наиболее универсален и чувствителен. Су­

атмосферный преобразователь.

пробными веществами, но в большинстве слу­ масс-спектрометричес­

условиях,

имеет

только

телем при меняют для проверки герметичности вакуумных

систем

требованиями

чаев предпочтениеотдается гелию.

Промышленные

полевых

Течеискатель с вакуумным преобразова­

ществуют масс-спектрометрические течеиска­

тели, рассчитанные на работу с различными

в

питанием,

тель

с

с

относительно

низкими

к их герметичности, течеиска­

атмосферным

преобразователем

кие течеискатели предназначены для работы с

для контроля газонаполненных систем

гелием. Наличие собственной откачной систе­

лий, содержащих галогены в рабочем заполне­

мы позволяет калибровать их по потокам. Те­

нии

чеискатель отличается наличием насоса, обес­

держащими

печивающего режим избирательного накопле­

Основными

ния гелия.

фреоны-12 и

Основным

элементом,

его

ионооптическая

система

-

анализатор.

допускающих

опрессовку

проникающими

пробными

изде­

галогенсо­

веществами.

веществами

служат

-22.

Электронозахватные течеискатели раз­

определяющим

тип и возможности масс-спектрометра,служит

или

и

личных

типов

существенно

разнятся

по

при н­

ципу действия, но объединены в единый класс

Ионный источник и анализирующее устройст­

при боров, способных

во большей частью аналогичны у всех масс­

электроотрицательных

спектрометров,

газа, фреонов, кислорода и других по образуе­

применяемых

для

газового

анализатора и течеискателя. Существенно от­ В

гелиевых

масс-спектрометри­

ческих течеискателях, как правило, при меняет-

появление

пробных веществ: эле­

мым ими отрицательным

ионам.

Так, например, вакуумные испытания на

личаться эти масс-спектрометры могут по типу

анализатора.

фиксировать

герметичность могут быть проведены с помо­ щью

вакуум метра

течеискателя,

магнитный

Глава 16. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

350

электроразрядный

преобразователь

которого

возможности метода расширяются. На практи­

помимо обычного для таких преобразователей

ке

коллектора

(повышения) давления за определенное время.

положительных

коллектор

отрицательных

ионов,

ионов.

содержит

Возрастание

обычно

Величину

контролируют допустимого

газовой

среды

основе

критериев

пробного вещества. С наибольшей чувствитель­

должны

быть

ностью

группы оборудования.

тока

этого

коллектора

никновении

сера

в

свидетельствует

вакуум

Порог

про­

электроотрицательного

фокусируется

SF 6)'

о

элегаз

(шестифтористая

чувствительности

лежит

диапазоне 10·8... 10·9 Па. Для регистрации

в

электроотрица­

тельных пробных веществ в атмосферу, в част­ ности

утечек

элегаза,

может быть

применен

изменения

объекте

падения давления

устанавливают

герметичности,

рассчитаны

для

на

которые

определенной

Метод контроля по изменению давления

находит утечек

в

величину

применение

предварительных предмет

главным

испытаниях

выявления

образом объектов

сравнительно

при на

крупных

сквозных дефектов. Самостоятельно этот ме­

течеискатель, названный плазменным и реаги­

тод

рующий

изменением

изделий, когда требования к порогу чувстви­

генератора.

тельности :0;1 . 10-5 м з . Па/с. При контроле гер­

на

частоты

пробные

срыва

высокочастотного

Через стеклянную щуюся

в

поле

вещества

трубку-натекатель,

плоского

шью механического

находя­

коиденсатора,

с

помо­

применяется

при

контроле

герметичности

метичности мелких изделий может быть достиг­

нут порог чувствительности 5 . 10-6 м з . Па/с. Акустические

вакуумного насоса прокачи­

средства

течеисканuя

вается с определенной скоростью воздух, отби­

занимают особое место среди течеискателей

раемый

других типов, поскольку они просты И надеж­

от испытуемой

поверхности,

в трубке поддерживается Высокочастотный

давление

генератор

так

что

10... 30

Па.

ионизирует

воз­

ны

в

эксплуатации,

не

требуют

каких-либо

сложных специальных приспособлений, не на­

дух внутри трубки. Возникает тлеющий разряд,

рушают

демпфирующий контур и срывающий высоко­

безопасны для здоровья обслуживающего пер­

частотную генерацию. Происходит рекомбина­

сонала.

ция ионов, повышающая добротность контура.

основных

технолоmческих

Существует несколько

процессов,

групп

акустиче­

Генератор вновь возбуждается, и процесс по­

ских приборов, каждая из которых соответст­

вторяется с определенной частотой.

вует определенному методу течеискания.

Инфракрасные приборы, основанные на поглошении широкое

инфракрасных

применение

промышленности

в

получили

различных

отраслях

УЗ

ти п

расходомеры

-

двух

типов.

расходомеры с проходными

измерительными секциями. Расход определя­ ется, как правило, по разности времен прохож­

ции оксида углерода (СО), диоксида углерода

дения УЗ импульсом наклонного сечения тру­

(СО 2 ), аммиака (NН з ) и других газов. Это объ­

бопровода по направлению потока жидкости и

спектра

тем,

газы

что

определения

Это

1.

Пер вый

концентра­

ясняется

для

лучей,

в

имеют

инфракрасной

весьма

области

интенсивные

и

против него. Конструкция канала расходомера

показана на рис.

16.134.

Проходные УЗ расхо­

по­

домеры обладают малым гидросопротивлени­

глощения. Инфракрасные лучи hоглощают все

ем, легко монтируются в технологических тру­

газы, молекулы

бопроводах.

разные

по

положению

в

спектре

полосы

которых состоят не менее чем

из двух различных атомов. Этим определяется широкий круг пробных веществ, которые мож­ но

использовать

в

процессе

контроля

герме­

тичности изделий (закись азота, пары фреона, аммиак и др.). Манометрические устройства

контро­

ля герметичности в основе своей используют метод регистрации изменения давления в изде­

лии или в испытательной камере. Этот метод, будучи одним из самых простых и часто при­ меняемых

на практике,

продолжает совершен­

ствоваться и в настоящее время. В последние годы

малых

в

связи

с

развитием

изменений

техники

давления

и

контроля

температуры

Рис.

2

16.134. Коиструкция

и

канала расходомера:

1-

канал с установочными фланцами;

3-

приемно-передающие реверсируемые

преобразователи;

4-

УЗ волна

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

в т о рой

ти п

351 Сигнал

так называемые бес­

-

контактные УЗ расходомеры, в которых преоб­ разователи не контактируют с протекающей в

трубе жидкостью. Преобразователи устанавли­ вают

на

наружную

поверхность трубы,

что

позволяет оперативно проводить измерения без каких-либо вмешательств в технологический процесс. Для измерения расхода чистых жид­

костей (содержание твердых частиц и пузырь­ ков газа не должно превышать

2 %)

использу­

Рис.

16.136. Зависимость

амплитуды

ют приборы, реализующие обычный времяим­

акустического сиги ала от места расположеиия

пульсный метод, а для загрязненных жидко­

дефекта

стей следует применять доплеровские расхо­ домеры. Основной недостаток бесконтактных расходомеров- невысокая точность

Акустические

2. боры.

Схема

применения

1

при­

корреляционного

течеискателя приведена на рис.

Датчики

(2 ... 3 %).

корреляционные

16.135.

устанавливают на концах кон­

тролируемого участка непосредственно на тру­

бу

2

или на детали запорной арматуры. Они

принимают щие в

акустические

металле в

сти или газа

4

сигналы,

возникаю­

результате истечения

жидко­

из трубы. Усиленные сигналы

передаются по кабелю или радиоканалу в блок обработки, где вычисляется их взаимная кор­

реляционная функция. Положение пика ее со­ ответствует положению места Достоинство

3 утечки.

корреляционных

течеиска­

телей заключается в том, что они обеспечива­ ют контроль протяженных участков трубопро­ водов и результаты практически не зависят от

Максимальная глубина обнаружения утеч­ ки зависит от давления в трубе, характера по­

вреждения, типа почвы и других условий и на практике достигает лотрассах

Акустические

течеискатели,

тающие по методу непосредственного шивания

шума

утечки

с

поверхности

прослу­ земли.

оснащают

температуры в точке установки геомикрофона. Основное

преимущество

данной группы заключается

обнаруживают

места

течеискателей

в том,

повреждения

что они

трубы

с

высокой точностью без вскрытия грунта. Од­ нако ввиду большой трудоемкости процесса контроля с их помощью невозможно оператив­

но обследовать протяженный отрезок трубо­ провода. Поэтому, как правило, приборы вто­ рой и третьей групп променяют в совокупно­ сти:

сначала

с

помощью

коррелятора

опреде­

ляют отрезок трубы с предполагаемым местом повреждения,

а

затем

с

поверхности

грунта

локализуют дефект. Течеискатели,

4. рабо­

течеискатели

термоканалом, который обеспечивает измерение

наличия внешних акустических шумов.

3.

м. для работы на теп­

4 ... 5

подобные

троль

герметичности

обеспечивающие запорной

кон­

арматуры

и

мест соединения. Контроль запорной арматуры осуществляется

контактно

по

уровню

шума,

Перемещаясь вдоль трубы, оператор определя­

создаваемого

ет

газа через запорное устройство. Герметичность

место

утечки

по

характерному

максимуму сигнала (рис.

шуму

или

16.136).

при

просачивании

жидкости

или

соединений определяется бесконтактно по то­ му же принципу.

Приборы

{2

3

f

этой

группы

используют

для

контроля любой запорной арматуры, сосудов и резервуаров, отличное

имеющих

от наружного,

внутреннее а также

для

давление, контроля

газозаполненных кабелей связи. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рис.

16.135. Схема

примеиеиия корреляциоииого

течеискателя

Алешин

Н.П.,

Контроль

качества

Высш. шк.,

1986. 288

Щербинекий

сварочный с.

работ.

В.Г. М.:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

352

2.

фектоскопия

ультразвуковая

и

металлоизделий.

1991.432 с. 3. Ермолов

магнитная

де­

М.: Высш. шк.,

И.Н., Вопилкин

А.Х., Ба­

далян В.Г. Расчеты в ультразвуковой дефекто­ скопии: Краткий справочник. М.: Изд-во НПЦ НК "Эхо+"», 2000.

4.

7.

Алешии Н.П., Щербинекий В.Г. Ра­

диационная

Ермолов

«000

89 с.

И.Н.

Контроль

таллов

Методы акустического

/

строение,

стика: Справочник

Машиностроение,

Неразрушающие

9.

ультразву­

маш»,

В 2-х кн.

вочное издание

1991.

контроль

/

материалов:

Спра­

Пер. с нем. М.: Металлургия,

752с.

6.

Кретов Е.Ф. Ультразвуковая

тоскопия в энергомашиностроении: бие. СПб.: Радиовионика,

1995. 336 с.

дефек­

Уч. посо­

Клюева. М.:

методы

/ С.В. Румянцев 1976. 336 с.

материалов

строение,

11.

контроля

и др. М.:

Приборы для неразрушающего

10. троля

Г.

/ Под ред. В.В. 1995. 488 с.

сварных соединений

ком: Краткий справочник. М.: нпо «ЦНИИТ­

Ультразвуковой

1989. 456 с.

Неразрушающий контроль и диагно­

8.

Машиностроение,

1992. 86 с. 5. Крауткремер Й., Крауткремер

контроля ме­

Под ред. НЛ. Алешина. М.: Машино­

и

изделий:

/ Под ред. В.В. 1986. 326 с.

Клюева. М.: Машино­

Сварка в машиностроении:

ник. В 4-х т. Т.

4.

кон­

Справочник.

Справоч­

М.: Машиностроение,

1979.

512 с. 12.

Щербинекий

В.Г.,

Алешин

Н.П.

Ультразвуковой контроль сварных соединений. 3-е

изд.,

перераб.

им. Н.Э. Баумана,

и

2000. 496

доп. с.

М.:

МГТУ

Глава

17

ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

зационно-экономических

17.1. КОНЦЕНТРАЦИЯ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

факторов. Их анализ

и обобщение передового опыта позволили ус­

тановить практически возможные формы КСП, Концентрация

сварочного

производства

а именно сосредоточение:

(КСП) представляет собой процесс сосредото­ чения на крупных заводах (центросварах), в комплексе

цехов

конструктивно

или

и

пролетов

изготовления

технологически

сходных

всех

стадий

производства

конструкций, предназначаемых нескольких

подотраслей

(краностроения,

сварных

для одной или

машиностроения

вагоностроения,

котлострое­

сварных изделий и входящих в них элементов

ния или же тяжелого, энергетического

(заготовок, деталей и узлов). Эrот процесс со­

портного машиностроения

провождается ростом доли крупных заводов в

ных заводах

общем выпуске сварных конструкций отрас­ лью машиностроения.

При КСП должны быть созданы предпо­ сылки для

тижений

прогресса

и

прежде всего современной высокопроизводи­ тельной техники,

прогрессивной технологии,

передовых методов

организации труда

и

овеществленного

и

живого

труда,

рост

его

производительности, снижение себестоимости и улучщение качества сварных конструкций, а

также повышение рентабельности сварочного производства.

Наиболее эффективна интенсивная форма КСП,

когда

размеры

производства сварных

конструкций наращивается не за счет увеличе­ ния числа единиц оборудования и расширения

производственных

площадей

(экстенсивная

форма концентрации), а благодаря повышению удельной

ции

на

заводе,

мощности заготовительных, метал­

лообрабатывающих

и

сборочно-сварочных

входящем

в

состав

крупного

объединения; на специализированных заводах изго­

товления

стандартных

и

унифицированных

сварных элементов и конструкций, потребляе­ мых в машиностроении;

про­

изводства, обеспечивающих сокращение затрат

центросварах;

процессов сборки и сварки конструк­

максимального использования дос­

научно-технического

-

и транс­

в целом), на круп­

производства

отдельных

заказов,

не­

больших или значительных серий разнотипных или конструктивно и технологически сходных

сварных конструкций в крупных цехах (вклю­ чающих в себя пролеты и участки с различным

уровнем

их

большим

специализации)

объемом

выпуска

и

на

заводах с

продукции,

со­

стоящей из сварных деталей и узлов; выпуска

одинаковых

(однотипных)

сварных конструкций и их элементов в специа­ лизированных цехах заводов крупносерийного и массового производства.

Оценку сварочного

и

анализ уровия

концентрации

производства целесообразно осу­

ществлять по следующим показателям:

машин и агрегатов.

Для машиностроения и других отраслей пока еще характерна экстенсивная форма КСП.

доле (заготовок,

объема

деталей

сварных

и узлов),

конструкций

изготовляемых

Так, на многих машиностроительных предпри­

крупными заводами (цехами), в общем объеме

ятиях созданы цехи, пролеты, участки, удовле­

выпуска этих конструкций подотраслями ма­

творяющие в основном нужды собственного производства явилось

в

одной

сварных из

конструкциях.

Эrо

причин увеличения числа

единиц сварочного оборудования и расшире­ ния производственных площадей.

Формы концентрации сварочного произ­ водства зависят от ряда технических и органи-

12 - 10498

шиностроения,

выраженного

в

натуральных

(штуках, комплектах, тоннах) и стоимостных измерителях;

доле численности работающих (рабо­ чих) на крупных заводах (в цехах) в общей чис­

ленности работающих (рабочих), занятых изго­ товлением сварных конструкций в подотрасли;

Глава

354 доле

17.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

среднегодовой

максимально допустимый

производствен­

и

мини­

ной мощности крупных заводов или цехов в

мально

возможный производственный цикл

общей (суммарной) среднегодовой производ­

изготовления сварных конструкций и их эле­

ственной мощности заводов (цехов) подотрас­

ментов;

минимально

ли, выпускающих сварные конструкции; доле

стоимости

основных

производ­

ственных фондов крупных заводов (цехов) в общей стоимости основных производственных

рудования

ведущих

-

фондов заводов (цехов) подотрасли, изготов­

ве

дорогостоящего

Преимущества крупных сварочных про­ увеличения числа больщих заводов и цехов для

изготовления

сварных

следует отметить,

конструкций.

Однако

что чрезмерное укрупнение

заводов и цехов для этих целей не всегда эко­ номически оправдано, так как при

этом

удли­

няются сроки строительства крупных объектов

и снижается в связи с этим экономическая эф­ фективность капитальных затрат; возникают трудности в равномерном размещении свароч­ ных

производств

в

ближение заводов

стране;

к

материалов и заводам конструкций; перевозок;

затрудняется

поставщикам

при­

исходных

потребителям сварных

-

возрастают объем и дальность

увеличиваются

транспортные

рас­

ходы и Т.д. Эти недостатки особенно ощутимы при необоснованно высоком уровне концен­ трации производства крупногабаритных свар­ ных конструкций.

Мащиностроение характеризуется рацио­ нальным

сочетанием

крупных,

средних

и

не­

больщих сварочных производств. При опреде­ лении

оптимального

сварочного

новная

производства

часть

элементами

уровня

сварных

концентрации

учитывают,

конструкций

выпускаемых

заводами

что

ос­

является мащин

и

оборудования, причем доля их в общей массе конструктивных

элементов

машин

во

многих

случаях невелика. В связи с этим даже при крупносерийном машин

и

экономически

массовом

производстве

выгодными

могут

звеньев

поточных линий, в серийном и единичном уникального

или

ного оборудования), а также его суммарную загрузку,

которая

должна быть

при

Минимальный водств

двухсменной

работе

размер сварочных

произ­

;:::85 %.

определяют

по

единичной

мощности

машин и оборудования, обеспечивающих изго­ товление

сварных

экономическими неотраслевых),

конструкций

с

максимальный

лимитируется

допустимой величиной транспортных расходов на доставку

исходных

для изготовления

материалов

лям.

и заготовок

сварных конструкций

следних (в готовом виде)

-

экономию

эксплуатационных

полно использовать мощности машин и обору­ дования.

Оптимальный размер сварочного произ­ водства устанавливают расчетом и сравнитель­ ным

анализом

комплекса

технико-экономи­

нейшее укрупнение заводов (сварочных цехов) нецелесообразно.

Оптимальный размер сварочных произ­ водств

определяют,

методы

и

ЭВМ.

применяя

математические

Задача формулируется сле­

дующим образом: при заданной годовой по­

требности в сварных конструкциях (в эконо­ мическом районе, отрасли) найти такой вари­ ант объемов специализированных производств и пунктов их размещения, при котором обеспе­ чивается минимум приведенных затрат. В ка­ честве экономико-математической модели для решения этой задачи принимают типовую мо­

дель

оперативного

планирования.

Решение

задачи сводится к минимизации функционала т

т

n

i=l j=\

при следующих ограничениях:

n

т

LXij=Xi ; LXij =bj

;

i=l

j=l

Xy~O,

i=I,2, ... ,m; j=I,2, ... ,n;

ческих показателей, характеризующих: минимально

и

максимально допусти­

за­

трат, достигнутых в результате КСП, то даль­

i=1

конструкций в объеме, позволяющем наиболее

и по­

заводам-потребите­

Если транспортные расходы полностью

поглощают

ока­

сварных

высокими

показателями (не ниже сред­

водства. Обычно они целесообразны при кон­ сходных

-

универсаль­

заться небольшие и средние сварочные произ­ технологически

макси­

производства

Lh(Xi )+ LLCijXij

центрации

и

сварных конструкций (в массовом производст­

ляющих сварные конструкции.

изводств обусловили тенденцию постоянного

допустимую

мально возможную производительность обо­

';

мую загрузку оборудования на всех стадиях

П (X i -аF) = О,

изготовления сварных конструкций;

h=O

i = 1,2, ...,

т,

СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

- число возможных пунктов производст­ n - число пунктов потребления; i - индекс

где т

ласти

ва;

труда, комплексной механизации и автомати­

j -

пункта производства;

fi

(Х;)

продукции в

i-M

требления;

fi (Х;)

+

индекс пункта по­

- затраты на производство пункте

в объеме Х;,

ед.;

ЕнК у (Х;)] Х; [здесь С (Х;)

-

висимости от объема производства; К у (Х;)

-

= [С (Х;)

себестоимость

1

т сварных конструкций в за­

1

удельные капитальные вложения на

ных

конструкций

выпуска]; Су

в

Ху

i-ro

потре

б

= О,

(h

Ен =

1, ..., rj);

1т

-

i-M

ского района в сварных конструкциях, зависи­ т сварных конструк­

ций от объема их произвоДства, удельных ка­ питальных вложений и от производственной следует

рассчитать транспортные затраты на пере возку

сварных конструкций от поставщика к потре­

используя статистические данные о

вида.

перевозок

Практика

транспортом

показала,

что

различного

транспортные

расходы, связанные с доставкой сварных кон­

струкций из пункта производства в пункт по­ требления в пределах производственного объе­ динения, составляют сравнительно небольшую величину. В результате анализа данных уста­ навливают степень влияния производственных затрат

и

транспортных

расходов

на

уровень

КСП.

Ее

следует

циализации машиностроения.

Процесс

создания

специализированных

производств

осуществляется

по

выделению или созданию новых под­

кающих определенные виды машин из сварных

предметной); превращению

производства

отдель­

ных сварных деталей (узлов) изделия в само­

стоятельные,

обособленные

производства

-

центросвары (эту форму специализации име­ нуют подетальной); превращение отдельных стадий про­

изводства (технологических процессов, опера­ ций) в самостоятельное производство (сварно­ литых, сварно-кованых

и других

заготовок).

эту форму специализации называют техноло­ гической (стадийной специализацией).

Одной из причин недостаточного темпа специализации

рукций

производства

является

сварных

его разобщенность.

конст­

Подав­

ляющая часть сварочных цехов входит в состав специализированных по отраслевому признаку

машиностроительных сварочного

заводов.

производства

Обособление

внутри

этих

заводов

обусловливается особенностями технологиче­ ских

процессов

изготовления

сварных

конст­

рукций. В итоге вопросы специализации сва­

рочного производства решаются главным обра­ зом во внутриотраслевом разрезе.

Предметная специализация идет по пути концентрации выпуска машин и отдельных их

частей из сварных элементов для определен­

17.2. СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ СВАРОЧНОГО

ных подотраслей: вагоно-, дизеле-, крано-, кот­

ПРОИЗВОДСТВА

лостроения и Т.д. Она способствует созданию

Специализация сварочного производства это

предприятия.

элементов (эту форму специализации называют

а;

тивной потребности отрасли или экономиче­

бителю,

положи­

производствен­

h

Для решения задачи необходимо распола­

стоимости

деятельности

производства

стороны

отраслей, объединений и предприятий, выпус­

норматив­

Кроме того,

все

j-MY из i-ro

гать следующими данными: объемом перспек­

мощности предприятия.

ной

на

рассматривать как часть общей проблемы спе­

свар­

вложений.

1

сварочного

следующим трем направлениям:

ный коэффициент эффективности капитальных

мостью себестоимости

циализация

тельно влияет

объема

ителю;

0,15 -

зации производственных процессов и Т.Д. Спе­

сварочных

набор возможных объектов производства в

пункте

высокомеханизированного

т свар­

поставщика к

- объем перевозок

. производства J-My

пункта

от

стоимость перевозки

-

ных конструкций от

потребителю;

зависимости

применения

355

процесс

щийся

разделения

сосредоточением

труда,

-

характеризую­

производства

одно­

наиболее совершенных видов техники на осно­ ве использования достижений науки и передо­ вого опыта;

принятию

качественно новых

ин­

типных сварных конструкций, их отдельных

женерных решений. Недостаток этой формы

деталей (узлов) или определенных технологи­

специализации

ческих процессов (операций) в пределах под­

случаях обеспечивается требуемая технологи­

отрасли, объединения, предприятия (цеха, про­

ческая однородность производства. Она воз­

лета, участка). При специализации создаются

можна при ограниченной номенклатуре типов

состоит

в

том,

что

не

во

всех

предпосылки для эффективного использования

машин, закрепляемых за предприятием, объе­

новой техники и технологии, расширения об-

динением.

Глава

356

Подетальная на

основе

деталей

17.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

специализация

концентрации

(узлов),

развивается

выпуска

отдельных

предназначаемых

для

ком­

сварных конструкций, нию

с

отраслевыми

рост производительности труда в

плектования машин и оборудования на стадии

жение себестоимости

их окончательной сборки и монтажа. Она осу­

в

ществляется

созданием

на которых по сравне­

центросварами

1т

возможны

2 раза

и сни­

сварных конструкций

2 - 3 раза; углубление внутризаводской специа­

специализированных

заводов (в пределах объединения), цехов, про­

лизации

летов и участков (цехи или пролеты сварных

конструктивно

рам вагонов, каркасов котлов, пролетных балок

готовок, деталей и узлов сварных конструкций

кранов, кабин автомобилей и т.д.).

в

Технологическая

специализация

заклю­

чается в концентрации операций одной из ста­

пролетов

и

кованых,

штампованных,

ных

участков

заготовок

рукций.

для

по

производству лито-

различных

Первичным

звеном

литых,

и штампосвар­ сварных

конст­

внутризаводской

специализации является рабочее место, имею­

щее обычно технологическую

форму специа­

лизации.

Практика показала, что для внутризавод­ ской специализации

немалое

значение

сварочных

сварочного

производства

имеет дифференцирование

цехов по конструктивно-технологи­

ческой сложности

изготовляемых

ими конст­

рукций. Таким путем можно более правильно оценивать

уровень

производства

специализации

и выявлять

резервы

сварочного

рукций из листового про ката больше предпо­ сылок

для

организации

специализированных

пролетов, участков и поточных линий, чем у цехов

сварных

цилиндрических

конструкций

из литых и кованых элементов.

Важными условиями повышения уровия специализации

сварочного

производства

явля­

однотипных,

технологически

комплексно-механизированных

сходных

и

за­

автомати­

линиях.

Создание этих условий связано с преодо­ лением

многих

технических

и

организацион­

ных трудностей. Значительная часть их может

быть устранена на основе классификации свар­ ных конструкций по конструктивно-технологи­ ческим признакам, типизации технологических

процессов,

четкого

планирования

коопериро­

ванных поставок и т.д.

Уровнь развития отраслевой, заводской и внутризаводской производства

специализации

оценивается

с

сварочного

помощью

сле­

дующих показателей: доли сварных конструкций, изготов­

ляемых машиностроительной отраслью, в об­ щем объеме выпуска сварных конструкций по стране

Кы . с

ее развития.

Например, у цехов емкостных сварных конст­

концентрации

и

зированных пролетах, на участках и поточных

дий процесса производства деталей с выделе­ нием заводов (в пределах объединения), цехов,

путем

где

NM , No -

= lOONM / N o,

объем выпуска сварных конструк­

ций, производимых отраслью машиностроения

и по стране в целом, р./т (в оптовых ценах); доли каемых

сварных

конструкций,

специализированными

выпус­

машинострои­

тельными заводами, в общем объеме сварных конструкций,

производимых

машинострои­

тельной отраслью,

ются: сокращение

номенклатуры

повышения

конструктивно-технологического

сходства (подобия) входящих в них элементов; создание

отраслевых

вых специализированных

и

Кз.с =

сварных

конструкций на основе широкой унификации и

межотрасле­

где

N c.M , No.M

-

lOONc.M / N o.M,

объем выпуска сварных конст­

рукций, изготовляемых специализированными машиностроительными

заводами,

центросва­

рами и по машиностроению в целом;

заводов, производя­

доли сварных конструкций, изготов­

щих трудоемкие большой массы сварные узлы

ляемых

крупногабаритных сложных изделий;

тами и участками завода, в общем объеме вы­

водству ных

открытие заводов (цехов) по произ­

пуска

стандартных

заводом,

общемашиностроитель­

и унифицированных

сварных

конструк­

ций, а также типовых для определенной сово­ купности сварных изделий, входящих в клас­

сификационные подразделения; создание ров

по

специализированными

сложных

Кв .с

конструкций,

=

проле­

производимых

lООNц . с / Nо . з ,

где Nц . с , Nо . з - объем выпуска сварных конст­

рукций, изготовляемых специализированными

межотраслевых

производству

сварных

цехами,

центросва­

ответственных

сварочными цехами, и общий объем сварных конструкций, производимых заводом.

СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Качественными

показателями

уровня

внутризаводской (внутрицеховой) специализа­ ции могут быть:

участка) с различным числом постоянно закре­ ся операций изготовления сварных конструк­

ций (узлов, деталей); Со . р - общее число рабо­

производства

Ку . с = 100 N y .c /

N y .c , N o.c

где Сп . о - число рабочих мест цеха (пролета,

пленных за ними периодически повторяющих­

коэффициент унификации сварочного

где

357

No.c = 100 (Nc.c + N K•T ) / No.c ,

число наименований (типораз­

-

чих мест сварочного цеха (пролета, участка).

Выполнение на рабочих местах постоян­ но закрепленных за ними одной-двух деталео­

меров) унифицированных сварных конструк­

пераций

ций

сварных

специализации цеха (пролета, участка), харак­

конструкций по программе специализирован­

терном, как правило, для крупносерийного и

ного сварочного цеха (пролета, участка);

массового производства сварных конструкций.

и

общее

число

наименований

N c.c -

N K.T

то же, конструктивно-техно­

логически

сходных

-

и

однотипных

сварных

коэффициент

технологической

однородности сварочного производства

где

N T .T

-

/

число наименований (типоразмеров)

то же, выпускаемых по различным (спе­

цифичным для каждого из них) технологиче­

N T•T + N H.T

ским процессам;

-

общее число на­

именований (типоразмеров) сварных конструк­ ций, составляющих плановое задание специа­ лизированного сварочного цеха (пролета, уча­ стка);

пераций говорит о более низком уровне спе­ том

на

основе

изготовления

конструктивно

и

технологически сходных деталей и узлов свар­

С>тсутствие постоянного закрепления де­ талеопераций за рабочими местами исключает специализацию цехов (пролетов, участков), что характерно

для

единичного

мелкосерийного

производства сварных конструкций;

коэффициент оборудования

специализации

сварочного

цеха

(пролета,

УЧастка)

- 1\.с.о где

=100 F c.n / (Fc.n + F H • n) = 100 F c.n / F o.•,

F c.n

- время занятости оборудования (от­

дельных единиц или групп оборудования оди­

f

т

K~c

= 100

LN L>m} /Qr.n' T;

I где т

-

I

число конструктивно и технологически

сходных (однотипных) комплектов или групп сварных конструкций (узлов, деталей) в годо­ вом

-

восьми периодически повторяющихся деталео­

стве.

вым (групповым) технологическим процессам; -

уровне

ных конструкций при серийном их производ­

(NT •T + N H •T ) ,

сварных конструкций, изготовляемых по типо­

NH. T

высоком

циализации цеха (пролета, участка), достигну­

конструкций (их элементов);

КТ . С = 100 N T .T

о

Закрепление за рабочими местами пяти

то же, стандартных сварных конструкций (их

элементов);

свидетельствует

плане

специализированного

сварочного

цеха, изготовляемых по типовой (групповой)

технологии;

NT ;

нологически

(узлов,

-

сходных

деталей),

(группу);

число конструктивно и тех­

f -

сварных

входящих

в

конструкций

i-й

комплект

число единиц оборудования, с

накового назначения) изготовлением сварных

конструкций

(деталей,

узлов),

соответствую­

щих профилю цеха (пролета, участка), маши­

ночасы;

F H •n

-

изготовлением

время занятости оборудования сварных

конструкций,

цеха (пролета, участка), машиночасы; ницы

(группы)

оборудования,

характерна

для

массового

(операции);

Qr.n -

обработку (сборку,

j-M

коэффициент

рабочем месте

конструктивной

участка) по годовому плану;

коэффициент специализации рабочих мест

где

F O.K

-

/

и тех­

оборудования

F o .• = 100 F O .T / F o .•,

время занятости оборудования изго­

товлением заготовок (деталей, узлов) для свар­ ных конструкций, размеры которых соответст­ вуют

Кс . р = 100 Сп . о / Со . р ,

специализации

К•. О = 100 F O •K

трудоемкость сварных кон­

струкций специализированного цеха (пролета,

свар­

ных конструкций;

сварочного цеха (пролета, участка)

на

комплекта на

100 %,

производства

1т} -

i-ro

-

машиночасы;

максимальная величина Кс . о , равная

нологической

норма времени

F o.•

годовой плановый фонд времени работы еди­

помощью которого изготовляется i-й комплект;

сварку)

узлов,

деталей и заготовок, не отвечающих профилю

техническим

и

эксплуатационным

воз­

можностям заготовительного (металлообраба-

Глава

358

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

тывающего, сборочно-сварочного) оборудова­

вов производства. Различают проектную, пла­

ния, например время занятости

новую,

вания

отвечает

вырезке

ед. оборудо­

4

заготовок

из

только определенной толщины: до

12 ...24

и

мм; при

>24

наиболее

полное

каждой из

достигается

использование

мощности

=

F o.T

-

время

достигнутую

и

среднегодовую

произ­

водственные мощности.

6; 6... 12;

100 %

F O •K

ед. оборудования;

4

листа

Проектная производственная мощность

-

заранее заданный выпуск сварных конструкций проектируемому

цеху

из

расчета

минимально

необходимых для него средств производства и

работы оборудования на оптимальных режи­

рабочей силы, методов организации производ­

мах,

ства и прогрессивных технических норм.

соответствующих

типовой

технологии,

установленной для определенной совокупности

(комплекта) конструктивно и технологически сходных элементов сварных конструкций; при

F O •T

= ) 00

%

достигается наиболее полная про­

Приведенные

показатели

комплексно

уровень

оценивать

специализации

позволяют

не

достигнутый

сварочного

про извод­

ства на данный момент, но и судить об основ­ ных

направлениях,

дальнейшего

путях

развития

и

и

Экономическая эффективность специали­ сварочного

производства

достигается

в

результате благоприятного влияния ее на мно­ гие

стороны

производственно-хозяйственной

и цехов. Прежде всего стремятся к наиболее полному использованию мощностей машин и

производственных

материальных,

площадей,

топливно-энергетических

и

трудовых ресурсов. Резко улучшается качество

сварных конструкций, снижается их себестои­ мость, растет производительность труда благо­ даря применению прогрессивного оборудова­ ния, технологии и оснастки, комплексной ме­

нутых

тивность

Существенно

капитальных

оборачиваемость тают

прибыль

и

повышается

вложений,

ускоряется

рентабельность

возрас­

мощностей,

нормативов,

но

и

который должен

того

быть

получен в результате выполнения намеченных

организационно-технических мероприятий.

Достигнутая ность

-

производственная

мощ­

это мощность сварочного цеха на опре­

деленную дату текущего периода, обусловлен­ ная имеющимися на эту дату средствами про­ изводства,

применяемыми

прогрессивными

нормами трудоемкости, достигнутой произво­ дительностью оборудования и т.д. Показатель среднегодовой мощности ис­ пользуют для

установления

сварочным

цехам

годовой производственной программы, а также для

сравнительного анализа годового

продукции

и

уровня

использования

выпуска

производ­

ственных мощностей

Мер.год = М вход где М"ход -

+ Мер.год.пр - Мер.год.выб,

входная мощность; Мер.год.выб

среднегодовое выбытие мощности. Среднегодовой прирост мощности

эффек­

оборотных средств,

прогрессивных

прироста

ханизации и автоматизации производственных

процессов.

-

устанавливае­

мый сварочному цеху на определенный период

деятельности завода-центросвара, предприятий

оборудования,

конструкций,

(дату) с учетом не только имеющихся в его

предпосылках

совершенствования

всех ее форм. зации

сварных

распоряжении средств производства и достиг­

изводительность оборудования. только

Плановая производственная мощность выпуск

М ер.ГОД.ПР

= MBJFi +M B2 F 2 + ... +Мв.пFn 12

сварочного

где МВ], М в2 , ..., М в . п - мощности сварочного

производства.

цеха, введенные на определенную дату плани­

руемого года;

17.3. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ МОЩНОСТИ СВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ

F 1, F 2,

••• ,

Fn -

периоды времени

с момента введения мощностей до конца теку­ щего года, мес.

Производственная мощность сварочного

цеха

-

это максимально возможный годовой

Коэффициент использования производст­ венной мощности

выпуск сварных конструкций при полном ис­ иеп.м

производственных площадей, применении пе­ редовых

технологических

процессов,

= N фак.вып

k

пользовании наличного парка оборудования и

N

ер.год

прогрес­

сивных технических норм, научной организа­

где Nфак."ып и Ncp.ron - фактический и среднего­

ции

довой выпуск сварных конструкций соответст­

труда

и

производства,

внедрении

передо­

вого опыта и мобилизации имеющихся резер-

венно.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ МОЩНОСТИ СВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ

Производственная мощность сварочного цеха может быть определена по мощности ве­

дущих групп оборудования или ведущего уча­

359

риваемый период работы цеха (месяц, квар­

тал); Fпл -

производственная площадь цеха,

фактически

используемая

сварных конструкций, м2 .

стка:

Ориентировочно

при

производстве

объем

производства

сварных конструкций в планируемом периоде

где Fфu времени

работы

единицы

оборудования

определенный планируемый период; с

-

на

число

единиц оборудования, входящего в указанную группу; tп . и -

сти

М

фактический (эффективный) фонд

единицы

(тонны)

-

tпуа

М пл

сварных

=

N дocrtr:rrчkуплkпоо tпуа

конструкций.

При

изготовлении

сварочным

цехом

сварных конструкций нескольких нанменова­

М

=

ния производственных площадей цеха (участ­

пролета)

производственными

Fфакс

бочего времени в отчетном периоде torч (по данным сварочных цехов); t п -

уел

ная трудоемкость

где

tуел -

условная

(или

средневзвешенная)

трудоемкость единицы сварной конструкции.

Производственная мощность по площади ведущего участка, предназначенного для изго­

товления сварных конструкций широкой но­ менклатуры,

трудоемкости

можного

-

коэффициент сниже­

планируемом

периоде

в

организационно­

уплотнения

производственного

цикла

i-ro

изго­

наименова­

число изготовляемых сварных кон­

i-ro нанменования.

производственных

пло­

щадей

площадь, необходимая для изготовле­ i-ro нанменования соответствующей массы (в тоннах), м 2 ; Тц, товления сварной конструкции

в

внедрения

-

струкций

возни­

технических мероприятий. Коэффициент воз­

- производственная площадь участка,

N; -

времени,

конструкций, их конструктивных и технологи­

= k раб.пл FПЛ.r:rrч

k

ния сварной конструкции

ния, ч;

затрат

ний в номенклатуре изготовляемых сварных

результате

1

длительность

коэффициент увеличения tп за

кающих в процессе производства из-за измене­

ния

L/;TUjN; м 2 ; fi

-

дополнительных

ческих различий, неточностей в определении

FфакFпл

F ПЛ

нормочасы; у счет

запланирован­

т сварных конструкций,

1

трудоемкости и Т.д.; а

Муч =-m""':"---

где

рабочими;

kпот - коэффициент, учитывающий потери ра­

t

В.О

Fпл ,

где kупл - коэффициент возможного уплотне­ ка,

ний мощность группы оборудования

,

более точно

прогрессивная норма трудоемко­

изготовления

_ N дocrtr:rrч

пл

упл

k

раб.r:rrч

F

пл.пл

где Ар.б.пл, Араб.orч - число основных производ­ ственных рабочих соответственно в планируе­

мом и отчетном периодах;

F ПЛ.orч, F пл.пл -

пло­

щади, заиятые в производстве сварных конст­

В заводской практике производственную мощность сварочного цеха (участка, пролета) нередко рассчитывают укрупненным методом

рукций в отчетном и планируемом периодах.

Коэффициенты увеличения и снижения трудоемкости равны:

исходя из объема производствасварных конст­

рукций (в тоннах), достигнутого в отчетном периоде:

где tдоп

-

дополнительные затраты времени в

единичном

где Nдост - достигнутый часовой выпуск свар­

ных конструкций с 1 м2 производственной

площади в отчетном периоде, т;

Fn

-

рассмат-

tсии ", -

и

мелкосерийном

производстве;

экономия времени, достигаемая в ре­

зультате

внедрения

ческих мероприятий.

организационно-техни­

Глава

360

17.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Величины lдоп и lеннж определяют по за­

водским данным с учетом особенностей

сва­

логичных действиям человека при выполнении им основных и вспомогательных операций;

автономно функционирующая много­

рочного производства.

Прирост прибыли

от досрочного освое­

ния проектных мощностей

целевая машина-автомат, предназначаемая для выполнения

двигательных

и

умственных

функций человека (без непосредственного уча­

стия его) и обладающая способностью само­ обучения, самоорганизации и приспособления к внешней среде (перспективы развития ПР).

где Спр, С ф - соответственно проектная и фак­

Особый

интерес

представляет

такая

тическая себестоимость единицы сварной кон­

принципиальная особенность многих ПР, как

струкции; М г -

эксплуатационная

годовая проектная мощность

заготовительного, обрабатывающего и сбороч­ но-сварочного оборудования (участка, пролета,

поточной линии); kд . у вающий

достигнутый

коэффициент, учиты­ уровень

сварных конструкций; Тн , ТФ

-

производства

соответственно

нормативный и фактический сроки освоения проектной мощности.

При необходимости дополнительных ка­ питальных вложений в период освоения мощ­

ностей Кд возможная годовая экономия

универсальность

их

-

воз­

можность выполнения различных операций с

быстрой Это

перенастройкой

позволяет

программы

использовать

универсальных

звеньев,

ПР

в

работ.

качестве

связывающих

отдель­

ные машины и оборудование в единую ком­ плексно-механизированную ванную

производственную

и

автоматизиро­

систему,

отличаю­

щуюся значительной технологической и орга­

низационной гибкостью. Исключительно вели­ ка роль роботов, предназначаемых для выпол­ нения

трудоемких,

тяжелых

и

вредных

для

здоровья человека операций, а также для работ,

Эв = Пп.м - ЕнКд . Премия работникам за освоение проект­ ной мощности устанавливается в процентах к месячному фонду заработной платы (по тариф­ ным ставкам к должностным окладам).

осуществляемых

в

экстремальных

и

агрессив­

ных средах, сложных производственных усло­

виях. В связи с этим особое значение приобре­ тают:

четкое

планирование потребности и

установление рациональных темпов наращива­

17.4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ

РОБОТЫ (ПР) В

СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

17.4.1.

технологических машин и оборудования сва­ рочного производства;

ВАРИАНТЫ КОНСТРУКЦИИ ПР

повышение серийности выпуска уни­

Робототехника, ее развитие и эффектив­ ное

использование

-

важные

ния выпуска ПР с учетом перспектив их техни­ ческого совершенствования и развития, а также

перспективы

ка­

версальных ПР на основе конструктивно-тех­ нологической

унификации,

способствующей

чественного улучшения механизации и автома­

упрощению и удешевлению их производства и

тизации

эксплуатации;

основных

и

вспомогательных

опера­

разработка рациональных параметри­

ций процесса изготовления сварных конструк­

ций.

Имеются в виду создание и внедрение

принципиально новых видов техники представляющих (единство

собой

сложную

конструкции, энергии

и

-

ПР,

систему

следующие

варианты

конст­

рукции ПР:

переход

параметрами,

существенно

использованием

машина-автомат (автоматический ма­ автоматически

выполнять

комплекс

действий, предусмотренных программой, ан а-

конструкциям

минимального

элементов

количества

создаются

раз­

централизация

и

специализация

про­

изводства ПР, являющиеся основой снижения их стоимости и оптово-отпускных цен;

нипулятор с программным управлением), спо­ собная

агрегатным

личные модификации роботов;

превос­

ходящими параметры механических рук;

к

ПР, когда на основе базовой конструкции с

унифицированных

машина с техническими и эксплуата­ ционными

оптимизация технических требований к ним и выполняемых ими функций;

информа­

ции), «думающую» исполнительную машину. Возможны

ческих рядов и типажа ПР;

разработка упрощенных моделей ро­ ботов

и

механических

несложных операций;

рук

для

выполнения

ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ (ПР) В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

постоянное обновление информации о

361

разработка рациональных планировок

новых образцах ПР, их конструктивно-техно­

расположения технологического

логическом

и ПР;

совершенствовании

и

эксплуата­

ционных преимушествах; повышение

создание

надежности,

точности

и

оптимизация моделей ПР в зависимо­ от числа

степеней

подвижности,

объема

памяти (числа точек), точности позиционирова­ ния,

скорости

стоимости

перемещения

рабочего

его и технологического

органа,

оборудова­

ния, затрат на обслуживание и эксплуатацию их; сокращение

затрат времени

и средств

на цикл работ, выполняемых ПР; улучшение ухода, текушего обслужива­

ния и ремонта ПР, повышение ответственности

работников за эффективное их использование; расширение сложных

использования

технологических

симальной

структур

новых

загрузки

ПР

операциях

на

установление сварочного ную

на

кадров,

разработка ческих

основ

организационно-экономи­ роботизированного технических па­ целесооб­

ботки, изготовления и эксплуатации ПР боль­

шое значение имеет их классификация.

17.4.2. КЛАССИФИКАЦИЯ

ПР

Отличительная особенность классифика­ цИИ ПР состоит в научно обоснованном выборе и

выделении

соответствующих

подразделений.

им

Рассмот­

рим их.

унифицированных

блоков;

и

разных инженерных решений на этапах разра­

классификационных

из

роботизации

производительность

Для совершенствования

признаков

1.

Характер выполияемых ПР функций.

По этому признаку различают роботы, непо­ использование

пактных

и

универсальных

быстросъемных

ком­

исполнительных

органов и схватов, расширяющих

эксплуатаци­

разработка

более

аппаратуры

первичной

и

качественной

алгоритмов

информации

(для

ПР

сен­

обработки

второго

и

третьего поколений); достижение

синхронности

ской согласованности

и

логиче­

выполнения

взаимосвя­

занных функций технологическим

оборудова­

и ПР,

позволяющими

избежать

значи­

тельных потерь времени, обусловленных несо­ гласованностью их действий;

модульный

(блочный)

принцип

кон­

струирования ПР, когда ПР и систему управле­ ния выполняют в виде отдельных модулей, из которых

комплектуют

с минимальными

затра­

тами времени и средств различные роботизи­ рованные

системы

производственных

для

программирования типов

автоматизированных

степени

влияния

вида

робота, способа его обуче­

системы

управления

его производительность;

участвующие

и

привода

на

в

технологическом

процессе, и роботы, предназначаемые для вы­ полнения

транспортно-складских, и

других

погрузочно­

вспомогательных

опе­

раций.

2.

Объем и разнообразие работ, которые

могут ими осуществляться. По этому признаку ПР подразделяют на универсальные, специали­ зированные и специальные.

Универсальные технологическими пределяет над

их

ПР обладают широкими

возможностями,

количественное

специальными

Специальные

и

роботы

что

предо­

превосходство

специализированными.

рассчитаны

на

работу

(подъем, перемещение, опускание и т.д.) с оди­ наковыми

деталями

или

выполнение

опреде­

ленной технологической операции, а специали­

зированные

-

технологически

на

работу

сходными

с

конструктивно­

деталями

или

вы­

полнение однотипных технологических опера­

ций (процессов).

3.

процессов;

установление

средственно

разгрузочных

онные возможности ПР;

ния,

учетом

квалификацион­

раметров и принятия экономически

или иной системой управления;

управления

на

построения

мости от возможности выполнения их ПР с той

нием

с

производства сварных конструкций.

них

создание различного типа систем про­

влияния

производства

структуру

для мак­

установленного

систематизация видов работ в зависи­

сорной

производст­

цехов

оплату труда рабочих;

дорогостояшего оборудования;

граммного

типовых

сварочных

широкого использования ПР;

быстродействия ПР; сти

венных

оборудования

Метод управления,

по которому раз­

личают роботы с ручным, копирующим и кно­ почным управлением.

4.

Грузоподъемность.

В зависимости от

нее роботы бывают сверхлегкие

-

на

0,1 ... 1,0

кг;

Глава

362 легкие

100

на

-

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1,6... 10 кг; средние - на 160... 1000 кг и

на

кг; тяжелые

(> 1000 кг). 5. Класс точности

16 ...

сверхтя­

желые

ские и эксплуатационные особенности. Поэто­ му недостатки

существующих

классификаций

ПР кроются не в количественном составе при­ позиционирования

знаков, а в отсутствие единой научно обосно­

согласно

ванной системы выбора при знаков, последова­

которому выделяют роботы с относительной

тельности и порядка включенияих в классифи­

погрешностью

кацию,

или

воспроизведения

траектории,

позиционирования

изведения траектории, в

до

%:

или

0,05; >0,05 до 0,1 и >0,1. 6. Степень их технического ства.

По этому

признаку

воспро­

0,01; >0,01

до

формирования

классификационных подклассов,

совершен­

различают

роботы

первого, второго и третьего поколениЙ.

соответствующих

подразделений

групп

и

других

подразделений

ПР), установления характера и форм связи ме­ жду техническими

параметрами

он но-экономическими

Роботы первого поколения (с программ­

им

(классов,

и организаци­

показателями

предста­

вителей классификационных подразделений.

ным управлением) применяют для: обслужива­

Отсутствие такой системы привело к то­

ния станков, прессов, печей, сварочных уста­

му, что почти все при меняемые классификации

новок

сводятся

и

машин;

выполнения

основных

техно­

к обычному

группированию

ПР по

логических процессов (гибки, вальцовки, рез­

некоторому числу при знаков без выделения по

ки, сборки, сварки); погрузочно-разгрузочных

ним классификационных

и складских работ. Роботы второго поколения

систематизации

отличаются от роботов первого наличием чув­

метров и экономических показателей типовых

ствительных устройств (осязание, телевизион­

прогрессивных

ное зрение), имеют более сложное управляю­

ПР ограничивает возможности классификации

щее

и принижает

устройство.

(интегральные

второго

Роботы

третьего

поколения

роботы) в отличие от роботов

поколения

обрабатывают

информа­

и

подразделений

анализа

ПР.

Подобное

важную

и без

технических

пара­

группирование

роль ее в совершенство­

вании производства сварных конструкций.

На современном этапе развития сварочной

цию, получаемую от органов чувств. Эти робо­

робототехники

ты применяют для работ, требующих

должна удовлетворять следующим требованиям:

распо­

знавания образов (работа по чертежу), а также протекающих

в сложных

и

изменяющихся

ус­

ловиях.

она

признаков

должна

типу

подразделяют

информационной на роботы:

мой; отражением

системы

с поисковой

их

систе­

усилий; искусственным

зре­

ческие

конструктивно-технологические,

показатели,

монтажа

но и перспективы

работ,

требующих

выполнения

информации

о

внешнем

достигаемые

при их приме­

признаки классификации отражать

схеме;

числе

полно ха­

нении;

нием; комбинированной информационной сис­ монтажной

минимальном

и наиболее

ПР

эксплуатационные особенности ПР и экономи­

темой. Применяют эти роботы для: сборки и по

классификации

при

комплексно

рактеризовать

По

система

не

признакам

только

достигнутые

ПР должны результаты,

развития роботов. К таким

может быть отнесен тип системы

виде и свойствах предметов (трещины, загряз­

управления

ненность, цвет и т.д.); работ с неориентирован­

стороны,

ными деталями произвольной формы.

ства (автоматизации) и эксплуатационные воз­

В зависимости от назначения ПР призна­ ками классификации рабочих

органов,

могут быть тип привода

тип

число манипуляторов

системы

(два

управления,

четыре и более),

-

робота,

уровень

можности

их

в

различных

условиях, а с другой,

роботов

по

они состоят,

показывающий,

конструктивного

-

с одной совершен­

производственных

перспективы развития

рассматриваемому

направлению;

например, в создании высокораз­

степень гибкости программы (уровень адапта­

витых адаптивных систем для

ции), тип рабочей зоны, способ задания режи­

дуговой сварки; систем управления производ­

контактной

и

ма работы, тип информационной системы, тип

ственными

исполнения, быстродействие и т.д.

технологическое оборудование и ПР первого

Всего в при меняемых классификациях ПР используют до число

20

признаков, а максимальное

признаков

-9 - 12. признаков

в

одной

классификации

Практика показала, что такое число

классификации

полно и достоверно

ПР

сравнительно

характеризует

их техниче-

комплексами,

включая

основное

поколения; в разработке алгоритма адаптивно­ го группового

управления роботами

второго

поколения;

характеристика

классификационных

подразделений, выделенных по первому при­ знаку классификации, должна включать в себя

ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ (ПР) В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

типовые

операции

(процессы),

на

которых

применение роботов наиболее эффективно;

свободы,

габаритные

363

размеры

и

масса,

вид

при вода и тип системы управления.

в перечень классификационных под­

у становлено, что увеличение грузоподъ­

разделений по второму признаку классифика­

емности ПР сопровождается, как правило, рос­

ции должны входить прогрессивные виды ро­

том

бототехники, отражающие перспективу повы­

привода

шения

подъемности ПР может превышать увеличение

уровня

механизации

и

автоматизации

признаки классификации ПР, класси­ фикационные подразделения и основные тех­ и

организационно-экономические

характеристики их должны быть обозначены индексами,

которые

используются

в

признаки классификации ПР и клас­ научно-технические достижения

и

пере­

довой опыт в сварочной робототехнике. Классификация ПР по изложенной схеме устраняет субъективные решения этой задачи, осуществлять

научный

подход

к

созданию роботизированных участков, поточ­ ных линий, комплексно-механизированных и

автоматизированных производств. Составными частями их являются: основное, вспомогатель­

ное оборудование, ПР, технологическая осна­ стка

и

технические

средства,

используемые

при выполнении ряда специфичных работ для роботизированного производства: это состав­ ление

программ,

автономная

наладка,

трольно-измерительные операции;

кон­

учет регла­

ментированных перерывов в работе, всех видов простоя оборудования и ПР, отдачи их в еди­ ницу времени; регулирование режимов работы системы машин и т.д.

Классификация ПР является основой изу­ чения

характера

и

степени

влияния

техниче­

ских и организационных факторов на экономи­ ческую эффективность применения роботов. Исследование параметров

и

взаимосвязи

технических

организационно-экономических

показателей ПР

-

правильном

выборе

прирост грузо­

- 2 раза.

вания и объема памяти стоимость ПР и затра­ ты, связанные с их эксплуатацией, могут отли­

чаться в ~ 1,5

- 3 раза.

Число степеней

свободы

ПР оказывает

следующее влияние на его стоимость:

сификационные подразделения должны отра­

позволяет

При

и системы управления

В зависимости от точности позициониро­

планово­

учетной документации;

жать

стоимости.

их стоимости в ~ 1,5

производства сварных конструкций;

нические

их

при

пе­

ремещении рабочего органа ПР по трем осям стоимость на

-30 %

выше, чем робота с пере­

мещением рабочего органа по двум осям. Тру­ доемкость же операций в первом случае мень­

ше, чем во втором, в ждает

1,5 - 2

целесообразность

раза. Это подтвер­

создания

робота

большим числом степеней свободы (четыре

с

-

шесть и более).

Вид привода выбирается обычно с учетом грузоподъемности робота. Для ПР малой гру­

зоподъемности

кг) целесообразно приме­

«10

нение электрических и пневматических приво­

100 1000

дов; для средней (до

кг)

и для большой (до

кг)

-

гидравлических комбинирован­

ных электрогидравлических приводов. Гидрав­ лические

и

электрогидравлические

отличаются

быстродействием,

при воды

точностью

и

жесткостью механических характеристик. Од­ нако стоимость роботов небольшой грузоподъ­ емности с этими приводами в стоимости

ПР

с

2 - 3 раза больше

пневматическим

приводом.

Достоинствами последнего являются: простота конструкции,

надежность

и

возможность

работы в необычных условиях (при повышен­ ной температуре, большой запыленности воз­ духа и т.д.). Во многих случаях эти достоинст­ ва оказываются более весомыми, чем его низ­ кий КПД.

or

сложная задача ввиду огра­

типа системы управления заметно за­

ниченного количества обобщенных данных по

висят показатели ПР. По характеру програм­

проектированию,

мирования, скорости

производству

и

использова­

ниюПР.

и

дискретности переме­

щений они относятся к классу позиционных

или контурных систем ЧПУ. Программирова­

17.4.3.

ние ПР с позиционным (дискретным) управле­

ФАКТОРЫ СНИЖЕНИЯ СТОИМОСТИ ПР

нием

В данном разделе будут рассмотрены те параметры

ПР,

зависит

стоимость

ляют

их

от

которых и

целесообразность

именно:

их

грузоподъемность,

нирования

рабочего

предопреде­

применения,

точность

органа,

число

а

программирования с

контурным

При сварке, сборочно-сварочных и окра­

непосредственно

которые

проще

(непрерывным)управлением. сочных

когда

операциях, а

необходимо

также

во

соблюсти

всех

случаях,

определенные

позицио­

условия

степеней

применять контурное управление с мини-ЭВМ.

изменения скорости, целесообразно

Глава

364

Более влияют

17.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

существенно

размеры

и

на

масса,

стоимость

конструктивно-технологическими стями изготовляемых

ПР

предопределяемые

объектов

особенно­ и функциями,

выполняемыми роботами. Зависимость

стоимости

робота

от

рас­

смотренных факторов выражается уравнением множественной корреляции

qч

-

число часов работы робота в смену;

число смен его работы;

Dr

s -

- число дней его

работы в течение года; эффективная

мощность,

характери­

зующаяся величиной полезной работы, совер­

шенной ПР в единицу времени; эксплуатационная

универсальность

-

число выполняемых роботом функций, увели­ чивающееся с повышением манипуляционной

гибкости,

где А, Х\ - XS ния;

искомые неизвестные уравне­

грузоподъемность робота; р

g -

точ­

-

ность позиционирования рабочего органа ро­

бота; с

число степеней свободы робота;

-

масса робота; М

G-

мощность, потребляемая

-

роботом. Стоимость ПР может быть снижена в ре­ зультате

совершенствования

элементов:

2)

системы

1)

конструктивных

управления

(СУ);

механической части и силовых привоДов, а

именно: конструкции СУ; снижения стоимости комплектующих

приборов

дящих в нее; типизации

и элементов,

вхо­

схем СУ роботами;

использования в конструкции СУ унифициро­ ванных

блоков

сивных

и узлов; разработки

принципов

управления

роботизированными

участками;

прогрес­

роботами

и

увеличения

надежность

ческих машин, соединению собираемых и сва­

ципа

при

конструировании

ПР;

взаимозаменяемых

тивно-преемственных прогрессивных

лем

надежности является среднее

нара­

коления равное

800 ч.

При определении эффективности и целе­ сообразности применения ПР кроме перечис­ ленных

показателей

производственные

необходимо

факторы.

учитывать

Наиболее важны

из них:

число живаемое

единиц

одним можно

оборудования,

роботом,

для

обслу­

определения

воспользоваться

следующей

видов и марок материала в кон­

изводства сварных конструкций

быстродействие,

про­

анализируют­

менем выполнения

определяемое

стандартного

вре­

объема опе­

раций по захвату, перемещению или установке

Быстродействие

ПР должно превы­

шать быстродействие человека, выполняющего часовая

где

Tu i

время рабочего цикла единицы обо­

-

рудования при оптимальном режиме обработ­

ки; Тоб<; i - время обслуживания роботом этого оборудования; возможность

и

годовая

производитель-

ность:

60 / (оп;

П Г = ПчFэ ,

время выполнения операции; Fэ - эф­

фективный (расчетный) фонд времени робота,

Fэ = (1- ~п /100) qчsDг, где ~п - простои В ремонте (по системе плано­ во-предупредительных ремонтов) и наладках;

рациональной

плани­

ровки роботизированных участков и поточных линий при размещении ПР непосредственно в зоне рабочих мест; качественное

ту же операцию;

-

время

ботки до отказа, например для ПР второго по­

конструк­

ся следующие показатели ПР:

где (оп

соответствии с

деталей; а также новых

При выборе ПР дЛЯ автоматизации

ПЧ =

полном

применения и

струкции ПР.

объектов.

в

требованиями технических условий. Показате­

которого

стандартных,

выполнение ПР опера­

-

риваемых элементов

формулой:

прин­

при­

ций по захвату объектов, загрузке технологи­

рукции

модульного

захватного

спосабливаемости ПР;

объема выпуска ПР; совершенствования конст­ ПР; использования

совершенствованием

органа, возрастанием чувствительности и

производственного

улучшение

цикла

структуры

изготовления

свар­

ных конструкций и сокращение его величины в результате выполнения ПР ручных вспомога­ тельных операций, сборочных и других работ,

а также оптимизации рабочего цикла ПР (ТПР ); рабочим циклом ПР называется часть техноло­ гического

цикла,

характеризующая

непосред­

ственно время его работы,

ТПР = (.

+ (п + (с + (з + (и + (У'

ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ (ПР) В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

где (в -

время перемеще­

ния детали на рабочую позицию; (е соединения детали

сти

Э т. К

fз -

время возврата рабочего органа ПР в ис­

ходное положение; {у -

время удаления детали

из рабочей зоны;

где

от снижения

текуче­

кадров

время

с рабочим органом;

время закрепления детали в рабочем органе; fи -

экономия

2)

время на выбор детали (заготовки) из

общей их совокупности; (п -

365

n-

n

=

LY т;(l- Кт.о

/

Кт.ф)Кд.ув,

;=1

количество категорий (профессий, раз­

рядов) работников; Ут; -

ущерб, нанесенный

наличие в разработанной (выбранной)

текучестью работников i-й категории (профес­

модели ПР типовых привоДов, схватов, рабоче­

сии, разряда); Кт . о , Кт . ф - ожидаемый и факти­

го

инструмента,

кинематических

схем, систем управления

и

других

и Т.д., сокращающих

сроки создания и внедрения ПР в сварочное производство;

ческий

Кд . ув -

коэффициенты

ботников, уволившихся из-за неудовлетвори­

и

эксплуа­

грессивных организационных форм комплекс­ но-механизированного

и

Среднегодовой ущерб, причиненный те­

автоматизированного

n

LY т; = У

возможности новой организации тру­

гического оборудования, ПР, пультов управле­ разгрузочных устройств,

накопителей, транспортных систем и Т.д.;

целесообразность типизации наладок, технического

уровня

наладочных

работ, специализации наладчиков. Особенность расчетов годового экономи­

ческого эффекта от применения ПР состоит не только в определении технической эффектив­

где

Y T1 ,

У т2 - ущерб вследствие передачи про­

вновь принятым на работу (недоиспользова­

ние, недополучение продукции); У тз

качества продукции и др.) и экономической нии его рентабельности и прибыльности), но И

социальной эффективности Э еоц (социальных

результатов), не имеющей строгих количест­ венных мер выражения. Для ПР социальные результаты весьма важны и заслуживают под­

робного рассмотрения. К ним относятся:

1)

экономия

водственного сиональных

снижения и

произ­ профес­

заболеваний

Этр где Т), Т2 -

от

травматизма

= (Т) -

Т2 ) ЗедКпос ,

потери рабочего времени из-за

-

затраты

на обучение вновь принятых рабочих, р. Ущерб от недополучения продукции от

рабочих, решивших уволиться Ут)

И вновь

принятых на работу Ут2,

Утl (Ут2) = З ед. т ~п.т Туп Куп ,

процессов,

(сокращении издержек производства, повыше­

+ У т2 + У тЗ,

дукции от работников, решивших увольняться,

ности (повышении уровня механизации и ав­ производственных

TI

;=1

да при предусмотренной компоновке техноло­

томатизации

по

кучестью кадров,

производства сварных конструкций;

загрузочных и

-

собственному желанию.

тационных параметров ПР требованиям про­

повышения

рабочих;

тельных условий труда, в общем числе

соответствие технических

ния,

текучести

коэффициент, учитывающий долю ра­

где З ед . т - среднедневная заработная плата ра­

бочего по тарифу, р.; ~п.т - снижение произво­ дительности труда

(-25 %)

рабочих, уволь­

няющихся с работы и вновь поступающих на

работу,

%;

Туп -

период времени с момента

подачи заявления до увольнения или же с мо­

мента поступления на работу до достиження

норм выработки, дни; Куп -

число рабочих,

уволившихся и принятых за год.

Затраты,

связанные

с обучением

вновь

принятых работников, р. (по тарифу),

Ут.З = Зоб Кр . п ,

временной нетрудоспособности рабочего до и

где Зоб

после внедрения промышленного робота, чело­

вновь принятого рабочего; Кр . п - число вновь

векодни (по фактическим данным конкретного

подразделения); З ед -

-

средние затраты на обучение одного

принятых рабочих;

3)

среднедневная заработ­

экономия

ная плата одного рабочего, р.; Кпос - коэффи­

на

циент, учитывающий социальные последствия:

компенсацию

стоимость

труда

амбулаторного

и

стационарного

лечения, пенсии по инвалидности, и Т.д.;

спецодежду,

Эе . е

за

от

снижения

средства вредные

= (З е . о + З М ) Кр . в ,

затрат

защиты

и

условия

Глава

366 где 3 с "0, 3м

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

годовые затраты соответственно

-

томатизации;

устраняет

искажающее

влияние

на спецодежду, средства безопасности в сред­

на объем производства повторного счета, ас­

нем на одного человека (по данным цехов за­

сортиментных сдвигов и т.д. Недостатки этого

вода), р.; Кр"в - число относительно высвобож­ денных работников. Экономия в результате улучшения соци­

Э соц = Этр

(С б - С пр )

=

+ Э соц ,

17.5. МЕТОДЫ

цехов

и

характеризуется:

объективностью

качественных

количест­

показателей

объема

производства, простотой их расчета, возмож­ ностью

полного

представления

технически

норм,

одинаковой

степени

для расчета производительно­

нормируе­

Стоимостный (ценностный) метод ха­

и стоимостных (ценностных) измерителях. и

времени

рактеризуется

может быть выражен в натуральных, трудовых метод

применением

мые работы.

КОНСТРУКЦИЙ И ПОКАЗАТЕЛИ сварочных

с

исчисления

конструкций,

сти труда рабочих, выполняющих

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА

Натуральный

изготовляемых

для

сварных

обоснованных и неизменных в течение опреде­ напряженности;

ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА

производительности

целесообразен

производства

ленного

ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ

производства

индивидуальной

Метод

объема

годовые приведенные затраты по

конкретностью

сравни­

обосно­

фичности выполнения, что весьма важно при труда.

базовому варианту и с применением ПР.

Объем

ввиду

технически

ванных норм времени в общем их объеме; на­

расчете

-

доли

ние структуры работ по их сложности и специ­

менения ПР:

Эг"пр

применения

конкретной продукцией; неприиятие во внима­

+ ЭТ• К + Эс"с .

Годовой экономический эффект от при­

венных

трудность

небольшой

рушение связи между показателем выработки и

альных факторов

где С б , С пр

метода:

тельно

состава

но­

возможностью

измерения

всего

объема производства (готовых сварных конст­ рукций инезавершенного производства) раз­ ных сварочных цехов в сопоставимых (соизме­

римых) величинах

-

денежных затратах; полу­

чением обобщенных итоговых результатов их работы; достижением органической связи из­ мерителя объема производства со всеми пока­ зателями

плана.

Недостаток этого

метода

-

менклатурного задания, динамики и обновле­

зависимость стоимостных показателей от фак­

ния его. Недостатки этого метода: не учитыва­

торов, не являющихся следствием производст­

ется незавершенное производство; не обеспе­ чивается сопоставимость

выпуска широкой и

венной деятельности сварочных цехов и их подразделений. К таким факторам могут быть

переменной номенклатуры сварных конструк­

отнесены

ций;

уровень

при

измерении

объема

производства

в

производственная специализации

физических тоннах стимулируется изготовле­

уровень

цен

ние

топливо

и Т.д.,

заводами

сварных

тяжелых,

конструкций;

но

менее

трудоемких

исключается

возмож­

на

и

материалы,

структура

цеха,

кооперирования, электроэнергию,

повторность счета, неточность

расчетов ввиду отсутствия нормативов на неза­

ность сравнительной оценки работы различных

вершенное

сварочных

при­

При менять метод целесообразно при планиро­

менять: для исчисления объема производства

вании, анализе и учете объема производства

цехов. Метод целесообразно

одинаковых

и

однотипных

сварных

конструк­

производство,

сварных конструкций

разница

цен

и

т.д.

с использованием сле­

ций, при планировании кооперированных по­

дующих расчетных показателей:

ставок,

ного производства, товарной продукции, нор­

а

также

сопоставлении

производства

важных видов сварных конструкций цехов и

незавершен­

мативной стоимости обработки.

В соответствии с перечисленными мето­

заводов отрасли.

Трудовой метод позволяет исчислять

в

дами измерения объема производства сварных

единицах нормированного времени объем го­

конструкций

товых элементов инезавершенное производст­

возможный перечень показателей производи­

во на всех стадиях изготовления сварных кон­

тельности труда.

струкций; обеспечивает сопоставимость затрат

устанавливается

практически

Натуральные показатели производитель­

и результатов труда; отличается объективно­

ности

стью

конструкций, узлов, деталей, заготовок; ком­

оценки

производства,

технического степени

его

уровня

сварочного

механизации

и

ав-

труда

характеризуют

число

сварных

плектов однотипных заготовок, деталей, узлов;

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

367

еди­

Выработка рабочего (бригады) в виде фак­

ниц; сварных точек; длины сварных швов, при­

тически затраченного рабочего времени на еди­

веденных

ницу изготовленной (товарной) продукции, вы­

условных учетных (условно-натуральных) к

одному

ного металла

катету;

и массы

массы

сварных

наплавлен­

конструкций,

раженной в перечисленных выше измерителях,

произведенных в единицу времени (час, смену,

Q

сутки) или на одного работающего в цехе (на

П Т =-·

Nn

участке, поточной линии). Натуральные

показатели

производитель­

ности труда:

Применять этот показатель целесообраз­ но

П

К

производительности

труда

в

ки затрат труда на каждый вид изготовляемой

'

сп

анализа

масштабе завода, цеха и рабочего места; оцен­

= Nn .

р

для:

продукции

в

установления

любой

степени

динамики

нико-организационных

их

ее

готовности;

под влиянием

факторов

и

тех­

экономии

рабочего времени.

где Пр, П н . ч одного

соответственно выработка на

работающего,

на

нормочас (человекочас); денной

продукции,

один

Nn

затраченный

объем произве­

-

натуральные

измерители;

Ксп - среднесписочное число работающих;

Q-

Стоимостный показатель производитель­

ности труда ция

стоимость

это валовая (товарная) продук­

обработки

П

р.у

шт

прихо­

траченный нормочас (человекочас ).

Стоимостные

(ценностные)

производительности

рабочем месте (участке),

F =-fl. t

нормативная

(изготовления),

дящиеся на одного работающего, на один за­

нормочасы (человекочасы),затраченные на N n . Количество продукции, произведенной на

-

в сравнимых оптовых ценах;

показатели

труда:

П в .р = N

B

;

К сп

'

где

F p.y - продолжительность анализируемого периода времени работы рабочего места (уча­ стка), ч; t шт - норма времени на изготовление соответственно одной конструкции, узла, дета­ ли,

заготовки,

1000

комплекта

или

на

выполнение

сварных точек, погонной длины шва

на наплавку

1

кг металла; на производство

1 м; 1т

где П в . р , П в . н - соответственно выработка вало­

вой (товарной) продукции на одного работаю­ щего, на один затраченный нормочас (челове­

кочас);

валовая (товарная) продукция в

N. -

сравнимых оптовых ценах,

сварных конструкций.

Практически возможная область приме­ нения натурального показателя: для

хового

(внутризаводского)

учета

внутрице­

производи­

тельности труда, анализа динамики

альной

производительности

N. = N T где

NT -

рабочих

товарная продукция; Zи.о.н - изменение

остатков незавершенного производства.

Применять стоимостные

индивиду­

труда

+ Zи.о.н ,

показатели

це­

лесообразно для: соизмерения производитель­

(бригад), оценки уровня использования мощ­

ности

ности машин и оборудования, расчета опере­

участках и рабочих местах; определения про­

жений в работе рабочих мест, участков и Т.Д.

изводительности труда с учетом всего объема

Трудовые

показатели

производительно­

сти труда характеризуют число или

нормочасов,

сварного комплект

изделия

человекочасов

однотипных

1000

единицу

цехах,

на

производства (или разнотипной готовой про­ дукции); сопоставления темпов роста произво­

единицу

дительности труда и заработной платы; изме­ рения производительности труда на различных

сварных

заготовок,

или

выполнение

сварных точек, погонной длины шва

наплавку металла, производство конструкций.

различных сварочных

заготовку);

на:

деталей, узлов; условную учетную (условно­ натуральную )

в

деталь,

затрачиваемых

(узел,

труда

1

1 м,

т сварных

этапах

производства

и

при

освоении

новых

сварных конструкций.

При практическом использовании пере­ численных методов измерения объема про из­ водства сварных

конструкций

производительности труда

и

показателей

Глава

368

где Н К

ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

17.

незавершенное производство на конец

-

планируемого периода; НН

таток незавершенного

-

фактический ос­

производства на начало

планируемого периода.

Общая величина незавершенного произ­

труда, позволяет контролировать

количество и

качество

и

затрачиваемого

труда

отличается

простотой расчета заработной платы рабочих. Этим

требованиям

сдельная

форма,

мере

отвечает

если производство

в

полной

сварных

конструкций характеризуется наличием: работ, поддающихся

нормированию;

возможностей

водства Нн.п зависит от длительности произ­

организации учета индивидуальной и коллек­

водственного

тивной выработки рабочих, а также резервов

цикла

в

днях

и

среднедневного

выпуска продукции сварочным цехом (проле­

роста производительности

том, участком) Nд :

выпуска сварных изделий без ухудшения качества.

Нн.п = ЛТЦ , Nд ),

ных работ) и в условиях косвенного влияния рабочих на количество изготовляемых сварных конструкций и их элементов применяется по­

пл

объем выпуска сварных изделий в

1 квартале планируемого года; N CK - то же, 1 квартале года, следующего за планируемым. Произведенная

сварочным

цехом

в

про­

дукция по нормативной стоимости обработки

(изготовления)

NH = где Ц р.Ц

-

временная форма. Преобладающей производственных

-

(М

+ К пост + П ПР . Ц ),

внутризаводская расчетная цена на

стоимость

-

основных материалов, р.; К пост -

коопериро­

ванные поставки (покупные полуфабрикаты и

комплектующие детали), р.; П ПР . Ц

на

заготовитель­

ных, обрабатывающих, сборочно-сварочных и отделочных

операциях

является

прямая сдель­

ная оплата. Здесь основой расчета заработной

-

прибыль

количество про изведенной рабочим продукции (сварных деталей, метров сварных швов, объе­ ма наплавленного металла и т.д.) за смену и за месяц.

Заработная

плата основных производст­

венных рабочих сварочных цехов при прямой сдельной оплате труда

(накопления) цеха за счет снижения себестои­

т

мости сварных конструкций;

З п . с = LNiP;,

т

1

LNiскtШТi

где

Q=_l'--_ _ kB -

системой оплаты труда

рабочих

платы рабочего служат сдельная расценка Р и

Ц р.Ц

продукцию сварочного цеха, р.; М

где т

их

При отсутствии указанных предпо­

сылок (в частности, при оплате ненормирован­

Н = HHNc.K К N ' где Nпл -

труда и увеличения

количество i-й продукции, изготовлен­

Ni -

ной рабочим (заготовок, деталей, узлов

i-ro

типоразмера, или погонная длина сварного шва

число типоразмеров (позиций номенк­

i-ro типа,

получаемого тем или иным способом

латурно-планового задания) сварных изделий,

сварки); т

изготовляемых

деталей, узлов и типов сварных швов; Р;

цехом

рабочим местом); рукций

i-ro

N; ск

(пролетом,

участком,

- число сварных конст­

типоразмера; t шт i - норма штучно­

го времени на i-ю сварную конструкцию, ч;

k. -

число типоразмеров заготовок,

расценка за единицу i-й деталь

-

операцию,

продукции

-

(штуку,

погонную длину сварного

шва, тонну и т.п.), р. (к.).

В общем виде сдельная расценка опреде­

средний коэффициент выполнения норм

ляется по формуле

времени.

17.6. ФОРМЫ Труд

-

ОПЛАТЫ ТРУДА

рабочих,

занятых

или

P=~,

изготовлением

сварных конструкций, машин и оборудования из сварных элементов,

оплачивается

Н. ыр

по сдель­

ной и повременной формам. При выборе форм

где Ч Т

оплаты труда предпочтение отдается той, кото­

данного разряда, р. (к.); Н. ыр - норма выработ­

рая

стимулирует

рост

производительности

ки за

1ч

-

часовая тарифная ставка рабочего в штуках, метрах сварного шва и Т.П.

ФОРМЫ ОПЛАТЫ ТРУДА

Заработная плата при сдельно-nрогрессив­ ной оплате труда

369

сварочных работ, представляющих собой ком­ бинированный

+ NCB Р п . н ,

3 с . п = Nпл Р О

процесс

обрабатывающих,

из

заготовительных,

сборочно-сварочных,

отде­

лочных и других операций. Дифференцирован­

где Nпл - объем работ, выполненных в преде­

ное нормирование затрат рабочего времени на

лах нормы; Р Q

эти работы затруднено спецификой производ­

N CB Рп . н

основная сдельная расценка;

-

объем работ, выполненных сверх нормы;

повышенная

-

(прогрессивно-нарастаю­

щая) расценка. При коллективно-сдельной оплате, при­ меняемой при бригадной организации труда,

ственных условий, предопределяющей необхо­

димость

широкого

совмещения

расценка Рак устанавливаются сразу на весь объем работы

N aK :

заработная плата каждого члена бригады:

3 ак =

т

LNnPnF;k; 3 к = ---:.1-----

а

где

гадой;

- число видов работ, выполняемых бри­ Nn - объем работ n-го вида, нормочасы;

Р n - расценка за единицу работы (шт.,

1 а-

число наименований (видов) выполняе­ j -

сдельная расцен­

кг наплавленного металла

и т.п.) n-го вида;

число разрядов;

часов, отработанных рабочим

i-ro

i-ro

наимено­

вания аккордных работ N aK ;,

1 т свар­

ной конструкции,

тарифный коэффициент

aK ;,

J

ка, установленная на весь объем

1 где т

n-

n

LP

мых аккордных работ; Рак

LF;k;

профессий

рабочими. Поэтому норма времени и сдельная

F; -

число

i-ro разряда; k; -

разряда (или часо­

вая тарифная ставка).

Сдельно-премиальнаяи повременная оп­ латы труда сравнительно широко применяются

в сварочных цехах для стимулирования безде­ фектного

Заработная плата при повременной оnла­

изготовления

заготовок,

деталей,

сварных элементов и конструкций в целом.

те труда

В качестве обобщенного показателя объ­ ема производства сварных конструкций и про­ изводительности труда в

где

Fo

- число часов, отработанных рабочим

определенного разряда за отчетный период.

Повременная оплата труда применяется

водов единичного и

сварочных цехах за­

серийного производства

может быть принята оптимизированная (при­ веденная) тонна сварных конструкций:

при выполнении работ, которые нельзя про­ нормировать и весьма трудно учитывать (сле­ сарно-ремонтные,

монтажные,

наладочные,

подналадочные и пр.), а также в комплексно­ механизированном,

автоматизированном

про­

изводстве сварных конструкций, когда произ­

водительность труда рабочих предопределяет­ ся ритмом поточных линий, степенью непре­

рывности функционирования машин и обору­ дования

и

прогрессивностью

где Gф - выпуск сварных конструкций в тра­

диционном измерителе

knp

-

физических тоннах;

конструкций G ф (в физических тоннах) в оп­ тимизированные

технологических

режимов. Заработную плату рабочего при этой системе определяют исходя

-

коэффициент перевода выпуска сварных

Go.r

(приведенные) тонны,

k

=~

пр

из продолжитель­

grип

времени (число часов, дней) и его квалифика­

g; ния i-ro

ции, отраженной в часовой (дневной) тарифной

трудоемкость

ставке.

принятого за типовой представитель опреде­

ности

фактически

Аккордная при

выполнении

отработанного

оплата

труда

сложных

и

рабочего

применяется

ответственных

где

ленной

нормативная трудоемкость изготовле­

сварного изделия; grHn - нормативная изготовления

совокупности

сварного

сварных

изготовляемых сварочным цехом.

изделия,

конструкций,

Глава

370

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

17.7. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

РАСЧЕТЫ

т

См =

НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ

I

КОНСТРУКЦИЙ

т

Определяется следующий перечень пока­ ции, как объект производства и эксплуатации. проектируемых

сварных конструкций. Она равна т

Gчер

=

1

где Цет, Цеп, ЦН""

I

цена за единицу массы (т,

-

кг) определенной марки стали, сплава и на­ металла

с

учетом

затрат

на

их

приобретение; Go.eтo G o.en - реализуемые отхо­

т

LGeтneт + LGennen + ... + LGHn eB ,

где G eт ,

I

плавленного

т

1

т

+ LGепnспЦеп -Gо.епЦо.еп + LGнnевЦнап'

зателей, характеризующих сварные конструк­ Материалоемкость

L GетnетЦет - Gо.етЦо.ет +

1

ды, т (кг); ~.CT' ~.сп

-

цена за единицу реали­

зуемых отходов, р.

Трудоемкость

сварной

конструкции.

масса исходного металла (черная

Общая трудоемкость сварной конструкции с

масса) для детали определенного наименова­

учетом основных видов работ (в нормочасах

ния (типоразмера) из стали и сплавов соответ­

на конструкцию):

Gen -

ствующих марок; n еп , пет ного нанменования и

-

число деталей дан­

ределенной марки, входящих в сварную конст­ рукцию; Пев

-

Qоб = Qпод

массы из материала оп­

число сварных деталей (узлов)

данного наименования (типоразмера); т

-

чис­

где Qпод

+ Qи.эл + Qc.e + Qотд,

затраты времени на конструктор­

-

скую и технологическую подготовку производ­

ства; Qн.эл - затраты времени на изготовление

ло деталей разных нанменований (типоразме­

элементов,

ров), изготовляемых из сталей (сплавов) опре­

(на заготовительные работы, механическую и

деленных марок;

термическую обработку, кузнечные, штампо­

GH

масса наплавляемого

-

металла определенного вида и марки;

входящих

вочные и другие работы);

ленной на данном заводе (чистая масса); Кнсп -

Qоб= GчQер,

Qep -

единицы

G чер

средняя трудоемкость изготовления массы

Удельная (конструктивная) материало­

т

Qоб где

Р

масса машины, поступающей в экс­

-

нанболее ха­

показатель работоспособности

ма­

шины (мощность, производительность и т.д.). Технологическая материалоемкость

т

где

- Go.n р

= L Qep jkИ.Тn j ,

Qcp

j

Материалоемкость сварной конструкции

-

средияя трудоемкость I-И детали

существующей конструкции (аналогичной по

назначению проектируемой); ент,

учитывающий

k H •T

изменение

-

коэффици­

трудоемкости

i-й детали проектируемой конструкции и ана­ логичной i-й детали существующей конструк­ ции;

n; -

число

i-x

деталей; т

-

число наиме­

нований аналогичных деталей в сравниваемых конструкциях;

т

G o.n - отходы и потери материалов, т (кг).

в стоимостном исчислении

конструкций

1

G =-,

М = Gчер

существующих

тех же типа и назначения.

емкость

рактерный

-

или

где

Gч

К неп = - -

G -

затраты време­

Qe.e -

отделочные работы;

коэффициент использования металла;

плуатацию (рабочая масса), т; Р

конструкцию

затраты времени на правку, покраску и другие

где G ч - масса сварной конструкции, изготов­

где

сварную

ни на сборочные и сварочные работы; Qотд

G чер = G ч / Кнеп ,

М уд

в

где тоб

-

=

тоб-тст,

общее число деталей; тет

-

крепеж­

ные и другие стандартные детали конструкции.

371

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА

трудоемкость

Коэффициенты механизации и автома­

единицы массы конструкций в нормочасах на

Удельная трудоемкость

тизации сварочных работ ПО протяженности

1 т массы

швов

-

конструкции

Q

= Qоб

УД

Gч

k М.П.Ш

.

Коэффициент унификации сварной кон­

ун

k

в

и

проектируемой

конструкции; Nоб - общее число деталей в кон­ Более точно (с учетом трудоемкости де­

автоматической и механизированной сваркой;

G H •M •a.M

масса металла, наплавленного авто­

-

матической и механизированной сваркой. Коэффициент механизации и автомати­

зации заготовительных работ (операций)

талей) коэффициент унификации

k

ун

=

I

I

мочасов (в среднем) на изготовление единицы конструктивно-преемственных

деталей

автоматизированных

работ,

вы­

щий объем заготовительных работ на сварную конструкцию (нормочасы, человекочасы). Стоимость сварной конструкции

и

определенного

число

Qcp -

и

рукции (нормочасы, человекочасы); Qо.з - об­

где Qcт, Qк.п, Qв.з - соответственно число нор­

наименования;

,

полняемых при изготовлении сварной конст­

I

взаимозаменяемых

Q

где Qз.м.а - объем заготовительных механизи­ рованных

LNоБQср

стандартных,

Qз.м.а о.з

I

m

= м.з

m

т

LNcтQcт + LNк.пQк.п + LNв.зQв.з k

G

где [ев.а.м - длина сварных швов, выполненных

струкции.

т

Gн.м.а.м H

конструктивно-преемственных

деталей

= м.м

об

взаимозаменяемых

,

по массе наплавленного металла

= N CT + Nк . п + Nв . з N

где Ncт , Nк . п , Nв . з - соответственно число стан­ дартных,

[

св

струкции

k

[

=~.

нормочасов

(в

С кон = Се.кон Qуел (упр) ,

среднем) на изготовление детали проектируе­

где Се. кон -

мой

конструкции

рукции, по назначению аналогичной проекти­

ния;

NcT ,

определенного

Nк.п, Nв . з -

стандартных,

наименова­

соответственно число

конструктивно-преемственных

и

взаимозаменяемых деталей данного наимено­

-

вания; т

число наименований (типоразмеров)

деталей; Nоб рукции

-

общее число деталей в конст­

определенного

наименования

(типо­

размера).

Коэффициент соотношения длины свар­ ных швов и массы конструкции

k

Д.М

стоимость существующей конст­

руемой; Qусл (упр) -

коэффициент усложнения

или упрощения проектируемой конструкции по сравнению с существующей.

С кон = СА.срNА.п + СБ.срNБ.п + ... + СК.срNк.п, где С А . ер , СБ.ср, ..., С к . ер - соответственно сред­ няя стоимость деталей; А, Б, ..., К - наимено­ вания существующей конструкции (аналогич­

ной проектируемой); NА . п , NБ.п, ... , NKn - чис­

=~ G'

ло деталей того же типа и назначения в проек­ тируемой конструкции:

ч

С кон = G п . кон С г ,

где [СВ - общая длина сварных швов, м. Коэффициент

соотношения массы

на­

плавленного металла и массы конструкции

k

н.м

= GH. M G

где G п . кон готовой

'

ориентировочная масса проекти­

руемой конструкции; С г - стоимость конструкции

GH.M

-

масса наплавленного металла при

выполнении сварных швов конструкции.

1т

массы

назначе­

ния.

ч

где

аналогичного

С кон =С м +З осн

а б в J+--, Спр (1+--+--+-100 100 100 N B

Глава

372

где СМ

-

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

стоимость материалов, израсходован­

ных на сварную конструкцию; З оеН - основная

заработная плата производственных рабочих с доплатами к тарифу; а

-

в

-

соответственно

где Л

изводственные расходы от З оеН ,

%;

С пр - затра­

ты на проектирование и освоение конструкции;

N. -

- интенсивность отказов. Для элементов с длительным рабочим пе­

косвенные цеховые, общезаводские и внепро­

риодом вместо Л используют термин «поток отказов»

0)(/);

он численно представляет собой

среднюю вероятность отказа элемента (узла);

масштаб выпуска сварных конструкций.

тогда т

З ОСН где Qд

-

=

L QдqтУ ДОП

1

т

'

1

трудоемкость детали определенного

наименования;

qT -

средняя часовая тарифная

ставка рабочих; УДОП

=--

0)(1)'

ер

Эргономический уровень качества свар­ ной конструкции по выбранному критерию

коэффициент, учиты­

-

вающий доплаты к тарифу; т

-

число наиме­

нований деталей, входящих в сварную конст­ рукцию.

Удельные единицу массы

затраты,

(1

nрuxодящиеся

т) спроектированной

на

свар­

ной конструкции,

где

k l - частное значение эргономического критерия (производительность, точность, ско­ рость и т.д.), соответствующее оцениваемому

значению

эргономического

максимальное терия,

принятого

оптимальному

Дополнительные затраты на изготовле­ ние спроектированной конструкции

С доп = С КОН где Се. КОН

-

-

Се.КОН

,

гичной проектируемой; дополнительные затра­ на

единицу

kэ -

эталон,

значению

кри­

соответствуюшее

эргономического

па­

При частном значении оцениваемого эр­ параметра

производительности

П1

затраты на изготовление сущест­

приходящиеся

за

параметра;

эргономического

раметра.

гономического

вующей конструкции, по назначению анало­ ты,

значение

массы

(l

где Пот

-

оптимальное значение эргономиче­

ского параметра;

т)

спроектированнойсварной конструкции,

Суд.доп = СУД - Суд,е ,

Эргономический

уровень

качества

по

комплексному эргономическому критерию

где С уд . е - себестоимость существующей кон­ струкции.

Коэффициент

безотказности

сварной

конструкции (изделuя, узла)

где КК

-

комплексный эргономический крите­

рий, наиболее полно характеризующий эрго­ номический уровень качества сварного изде­ лия;

где Кб. к -

среднее число рабочих периодов,

отработанных сварной конструкцией (издели­ ем, узлом) между двумя отказами; тер - сред­

няя наработка на отказ; Т - продолжительность

где

рабочего (эксплуатационного) периода сварной

критерии;

конструкции (изделия, узла);

значения этих же частных критериев.

k 1, k 2,

... , k n - рассматриваемые частные k 1orn, k2onT, ..., kn от - оптимальные

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ (СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ) ВАРИАНТОВ ТП

РАСЧЕТЫ ПРИ

нения

РАЗРАБОТКЕ (СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ)

работ

17.8. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

годового

объема

определенного

(заготовительных,

дования;

СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Fфак -

i-M

видом обору­

фактический (эффективный)

фонд времени работы единицы

Экономические расчеты в данном случае

рода

обрабатывающих,

сборочных, сварочных и др.)

ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

373

i-ro

оборудова­

то же, что и

Q;, но без

Q; -

ния, машиночасы;

включают в себя определение единовременных

учета переработки норм времени, машиночасы;

капитальных вложений по сравниваемым вари­

Fреж - режимный (номинальный) годовой фонд

антам технологических процессов (ТП) и за­

времени работы единицы

трат на изготовление сварных конструкций при применении

этих

вариантов.

Капитальные

вложения (единовременные) по сравниваемым вариантам ТП

т

т

где т

-

I

-

а;

выполнения

норм

оборудования

средств

и

приспособлений

и

цию ранее приобретенного оборудования, про­

ектно-конструкторские разработки и опьпные работы, стоимость ликвидируемых основных фондов, равная величине невозмещенных через первоначальных

где т

-

число видов (наименований) техноло­

го

оборудования;

число

единиц

L Сев iCeB i ' I

оборудования и, в частности,

Сп; и

-

соответственно

вновь

купленного

оборудования определенного назначения. т

Ктр где

т

-

число

средств; Стр ных средств

сумма капитальных вложений

частности, в сварочное; С;, Сев; - стоимость

i-ro

си;,

наличного

=

LCТPiCТPi

'

I

соответственно во все виды оборудования и, в

единицы

~(СИi +С пi )'

гического наличного или вновь приобретенно­

капитальных

т

К ев =

=

I

зации ликвидированных основных фондов

где К пр , Кев -

ремонте

т

Соб

вложений за вычетом из нее средств от реали­

или

плановом

вариантам ТП

соответственно за­

приборов, зданий и сооружений, модерниза­

амортизацию

в

Общее количество необходимого произ­

подъемно-транспортных

устройств,

операции,

водственного оборудования по сравниваемым

число наименований (видов) необхо­

передаточных

на

4... 8 % Fреж ).

траты на все виды производственного обору­ дования,

коэффициент

выработки

димого производственного оборудования; К пр ,

-

оборудования,

i-M видом оборудования (а; = 1,5 ... 2,0); ~; - коэффициент использова­ ния режимного годового фонда времени i-ro оборудования ф; = 0,92 ... 0,96, так как время составляет

1

Ктр, К п . п , К з , К м , Кп.к, Кл

i-ro

средний

осуществляемой

простоев

т

+ LK M + Lкп.к + LК Л ' I

машиночасы;

i-ro

;-

наименований транспортных

стоимость единицы транспорт­

i-ro

наименования; стр

единиц транспортных средств

i-ro

;-

число

наименова­

ния.

Число единиц транспортных средств пре­ рывного действия

сварочного оборудования по ценам действую­

щих прейскурантов; С;, Сев; - число единиц оборудования и, в частности,

i-ro

i-ro

сварочного

оборудования;

где QeYT - суточный грузопоток, т; Реут - су­ точная производительность оборудования, т. или

где

Q; -

необходимое число машиночасов с

учетом переработки норм времени для выпол-

Число мостовых электрических кранов

Глава

374 где Nтp

-

изделий),

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО пРоизводеТВА

число сварных конструкций (узлов,

ных для сравниваемых вариантов. Комплекс­

подлежащих транспортировке

ный

ном в течение года;

i-

кра­

среднее число крановых

операций на одну конструкцию (изделие); ( и

длительность одного кранового цикла; ~ эффициент использования

режимного

-

- ко­

фонда

времени крана.

Ориентировочное число средств непре­ рывного транспорта или конвейеров

ТП

изготовления сварных

конструкций

проводится с помощью заготовительного, об­ рабатывающего,

сборочно-сварочного,

транс­

портного и других видов мащин. Производи­ тельность того или иного вида машин опреде­

ляется по формулам, специфичным для каждо­ го из них.

Затраты, связанные с работой оборудова­ ния,

используемого

для

выполнения

сравни­

ваемых вариантов ТП, т

где Qч

-

часовой грузопоток, т; Рч

-

часовая

Собор

)

производительность конвейера, т.

=

L С; прис С ; прис

-

где т

=

число наименований оборудования,

варианта ТП; Са i - амортизационные отчисле­

;

ния по оборудованию

)

i-ro

наименования; С р i -

затраты на текущий ремонт оборудования

т

К приб

-

где т

требуемого для выполнения того или иного

т

К прис

+

+С пр ; +С всп ; +З ВСПi +С эi ),

Соответственно капитальные вложения в приспособления и приборы

+С р ; +СС.Э; + Си;

= L(C a ;

LС;приБС;приБ

наименования; С е . э i -

'

i-ro

затраты на силовую

электроэнергию, потребляемую оборудованием

I

i-ro наименования; СИ ;, Спр i - затраты, связан­

число типоразмеров (наименований)

ные с эксплуатацией инструмента и приспо­

приспособлений или приборов; с; прис; С; приб­

соблений

стоимость единицы приспособления или при­

С веп i - затраты на смазочные, обтирочные и

бора

типоразмера; число приспособлений

i-ro

данного типоразмера

С;прис

N np i

ваемой

-

с

вспомогательные

=

Nпр;fпр

применением

приспособления

i-ro

приходящиеся на оборудование

i-ro

объем зданий, м 3 , СМ - стоимость 1 м 3

здания, р.

проектно-конструкторские

разработки и опытные работы определяют по утвержденным сметам.

Производительность мащин и оборудова­

i-ro

наимено­

вания. т

С)

Капитальные вложения в здания

на

исполь­

дование; С з i - затраты на содержание зданий,

количество продукции, обрабаты­

Затраты

материалы,

могательных рабочих, обслуживающих обору­

F

ления для изготовления единицы продукции.

-

наименования;

наименования; З всп i - заработная плата вспо­

типоразмера; ( пр - время занятости приспособ­

где VЗ

i-ro

зуемые при эксплуатации оборудования

реж

где

другие

оборудования

_=

L(K n +Кр.м)сnаиКзn ----,-1

_

а 1

где т

-

число типоразмеров оборудования

наименования; К N

-

i-ro

балансовая стоимость обо­

рудования n-го типоразмера; К р _ м - затраты на капитальный ремонт и модернизацию оборудо­ вания

n-го

типоразмера;

оборудования

сп

-

число

n-го типоразмера; ан

единиц

-

норма

ния, используемых для выполнения вариантов

(процент) годовых амортизационных отчисле­

ТП, определяется по формулам, специфичным

ний; К з n - коэффициент занятости оборудова­

для

ния n-го типоразмера;

Nr

запланированных

изготовлению

каждого типа

ченного

для

оборудования,

осуществления

предназна­

заготовительных,

сборочно-сварочных и других работ, характер-

конструкций.

к

-

годовая программа сварных

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ (СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ) ВАРИАНТОВ ТП

Амортизационные отчисления по обору­ дованию,

по

которому

отсутствуют

утвер­

тродвигателей оборудования n-го типоразмера;

kB. H - коэффициент выполнения норм времени.

жденные нормы амортизации,

Са io где

Затраты, связанные с эксплуатацией ин­

(К j - К ОСТ j)C jkз j

T.N

=

струмента

i-ro наименования,

'

r

а)

Кост j - балансовая и остаточная стои­

Kj ,

мость

i-ro

наименования

оборудоваиия

j-ro

типоразмера; Cj - число единиц оборудования

j-ro типоразмера; Taj - коэффициент i-ro оборудованияj-го типоразмера.

занятости

Затраты на текущий ремонт и модерниза­ цию

375

i-ro оборудоваиия

где т

число типоразмеров инструментов

-

i-ro

наименования; С Н n - общая сумма затрат, свя­ занных с эксплуатацией инструмента n-го ти­

поразмера (по заводским данным). Затраты на эксплуатацию приспособле­

ний

i-ro наименования

С .=i:(RnКрn+Кмn)СnКзn, PI] ТцnNг . где

Rn

группа ремонтной сложности обору­

-

дования n-го типоразмера; К р n - общая сумма затрат на все виды ремонтов и межремонтного

обслуживания за ремонтный цикл, приходя­ щаяся на единицу ремонтной сложности обо­

рудования n-го типоразмера; К М n - затраты на модернизацию

единицы

оборудования

n-го

типоразмера за один ремонтный цикл; Тц n продолжительность ремонтного цикла обору­ дования n-го типоразмера.

Затраты на силовую электроэнергию

i-ro

наименования оборудования (при укрупненных

расчетах)

С СЭl .

-

фициент,

учитывающий

затраты

на

ремонт

приспособлений n-го типоразмера (по ориен­ тировочным заводским данным, для сварочных

цехов

k n = 0,2 ...0,4);

С С n - стоимость списан­

ного приспособления n-го типоразмера; Сп число единиц приспособлений (в комплекте)

n-го типоразмера; kз n - коэффициент занятости приспособления n-го типоразмера; Та n

4

года

-

=2...

амортизационный период n-го типо­

размера приспособления.

. = ~ Мnkз.дkз.мkо.рkп.зlвЦэ

где т

- число типоразмеров приспособления i-ro наименования; СП n - балансовая стоимость приспособления n-го типоразмера; k n - коэф­ где т

k

L...J

Т)N В.Н

1

Затраты на смазочные и обтирочные ма­ териалы, используемые при эксплуатации обо­

'

число типоразмеров оборудования

рудования

i-ro наименования,

i-ro

наименования; М n - суммарная установленная мощность электродвигателей оборудования п­ го

типоразмера (определяется

оборудования); kз . д

по

паспортам

= 0,4 ... 0,8 - коэффициент

загрузки двигателей оборудования n-го типо­

размера; kз . м - коэффициент загрузки по мощ­ ности

электродвигателей

типоразмера; ности

ko.p

-

n-го

коэффициент одновремен­

работы двигателей

типоразмера; kп . э

оборудования оборудования

n-го

=1,04 ... 1,08 - коэффициент,

учитывающий потери электроэнергии в сети;

lB -

норма времени на выполнение операций

ТП; ~

-

стоимость

1

кВт

.

ч электроэнергии

(по данным заводов); Т)N - средний КПД элек-

где т

-

число типоразмеров оборудования

наименования;

Свсп n -

вспомогательные

i-ro

годовые затраты на

материалы,

расходуемые

единицей оборудования n-го типоразмера (по данным заводов); Сп -

число единиц оборудо­

вания n-го типоразмера; kз n -

коэффициент

занятости оборудования n-го типоразмера. Заработная плата вспомогательных рабо­ чих, обслуживающих оборудование,

З всп = Чср.тlобслkдоп ,

Глава

376

ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

17.

где Ч ср . т - среднечасовая тарифная ставка ра­

заготовительные

расходы

бочих; tобсл - время, затрачиваемое рабочим на

риала

обслуживание оборудования; kдоп - коэффици­

жет быть принят

ент, учитывающий доплаты к тарифной зара­

мые

ботной плате (по общепринятым для мащино­

ца

строительных заводов данным).

з

;

покупке

мате­

1,05 ... 1,08); go ; - реализуе­ i-ro наименования; цена отходов материала i-ro наименования. отходы

;-

материала

технологического назначения

i-ro наименования, С.сп.м = С эл

т

С

при

наименования (ориентировочно мо­

Затраты на вспомогательные материалы

Затраты на содержание зданий, при ходя­ щиеся на оборудование

i-ro

LFпр nkз nСnСср.годkд . п

= --:.1

+ С э . п + С пр . м + С г + С эл . м + С ф ,

где С эл , С э . п , С пр . м , Сг, С эл . м , С ф - затраты со­

_

ответственно на электроды, электродную прово­

Nr

локу, присадочные материалы, газ (защитный и

где Fпр n - производственная площадь (в пла­

горючий), электродный материал, флюсы.

не), занимаемая оборудованием n-го типораз­

мера, м 2 ; kд . п

коэффициент, учитывающий

-

дополнительную площадь; Сср.год -

среднего­

довые затраты на содержание зданий, прихо­

дящиеся на 1 м 2 площади сварочною цеха. Величина Собор (i-ro наименования или типоразмера оборудования) при укрупненных расчетах может быть определена по стоимости

машиночасаили машиносмены(С мч ; или С мс ;):

где Ь эл - число наименований и типоразмеров электродов;

q; эл

ла электродом

масса наплавленного метал­

-

наименования и типоразме­

i-ro

ра; Ц; эл - цена за

1 кг

электрода

i-ro

наимено­

вания и типоразмера; т

С мч ; = Смч.базkмч ;

. = q /эл

или

где т

где С мч . баз или С мс . баз - соответственно стои­

-

~ qэл.н (l+k ) L.. k э 1

'

пер

число наименований деталей (узлов),

входящих в сварную конструкцию; qэл.н

-

мас­

работы

са наплавленного металла (определенного со­

оборудования, принятого за условную единицу

става) на i-ю деталь (узел); kпер - коэффициент

(базу); k мч ; или

перехода металла электродов в сварной шов

мость

машиночаса

k MC

и

; -

машиносмены

коэффициенты, показы­

вающие, во сколько раз затраты Смч ; или С мс ;, приходящиеся на

i-ro

1

ч (смену) работы данного

вида оборудования, больше или меньше

[с учетом потерь на угар, разбрызгивание и

огарки kпер принимают равным: электродов с толстым

Смч ; баз или С мс ; баз·

Затраты на основные материалы (листо­

0,65 ...0,75 для 0,80 ... 0,90 покрытием; 0,95 ... 0,98

электродов с тонким покрытием;

для присадочной проволоки при сварке (газо­

вой и профильный прокат, заготовки и т.д.),

вой и дуговой) в углекислом

расходуемые по сравниваемым вариантам ТП

0,92 ... 1,00

изготовления

автоматической сварке под флюсом]; kэ - ко­

единицы

сварной

конструкции

СМ = LНд;k; - gо;Цо;

,

1

риалов,

используемых

ных конструкций; Н;

-

при

изготовлении свар­

норма расхода материа­

(i-ro наименования); Ц; - оптовая (i-ro наименования);

цена материалов i-й марки

k; -

при

проволоки; этот коэффициент определяют по паспортным данным электродов, а при ориенти­

ровочных расчетах принимают равным

число наименований или марок мате­

ла i-й марки

газе и аргоне; проволоки

сы электродного покрытия к массе электродной

ь

-

электродной

эффициент, характеризующий отношение мас­

(детали, узла),

где Ь

для

коэффициент, учитывающий транспортно-

0,4.

Цены Цэл на электроды берут по дейст­ вующим прейскурантам оптовых цен, к кото­ рым прибавляют затраты на их приобретение:

С э. п

Ьэ . п

=

Lq;э.пЦ;э.п 1

'

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ (СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ) ВАРИАНТОВ ТП

где Ь э . п

-

число наименований и типоразмеров

электродной проволоки; ленного

i-ro

металла

q;

Э.п -

масса наплав­

электродной

проволокой

Ц

;Ф -

кг) электродной проволо­

(1

цена за единицу массы (1 кг) флюса

i-й марки по действующим прейскурантам ото­ вых цен с учетом затрат на его приобретение. Расход флюса для автоматической

наименования и типоразмера; Ц; Э.п - цена

за единицу массы

377

ханизированной

дуговой

сварки

и ме­

определяют

наименования и типоразмера по дейст­

исходя из количественного соотношения флю­

вующим прейскурантам оптовых цен с учетом

сов qф и электродов qэ. Расход сжатого возду­

ки

i-ro

ха, охлаждающей

затрат на ее приобретение;

С пр . м

Ь пр. м

Lq; пр.мЦ; пр.м

=

товительного,

обрабатывающего

i-ro

ницу массы (за

1

кг) присадочной проволоки

(материала)

наименования и типоразмера

по прейскурантам оптовых цен с учетом затрат

на ее приобретение;

Lq;эЦ;э, 1

число операций ТП (или число стыков

элементов), для осуществления которых требу­

сварке

'

q; г

-

газа данного вида на сварную де­

i-ro

и норм расхода; Ц; г - цена за единицу газа

Удельный кВт· ч) на

1 кг

расход

ан 11Рв

-

где Ид г/(А

(узла); q;эл.м

i-ro

-

коэффициент наплавки,

ч) (приводится В паспорте электродного

циент,

11 -

кпд установки; Рв

учитывающий

время

коэффи­

-

горения

дуги

в

общем времени сварки. Расход электроэнергии на сварку

100

то­

чек (серийными машинами)

- расход электродного материала

наименования, г на

метров шва; Ц; ЭЛ.м

1000 стыков,

точек или

цена за единицу массы

-

электродного материала действующим

i-ro

наименования по

прейскурантам

оптовых

цен

с

учетом затрат на их при обретение; Ьф

С ф = Lq;фЦ;ф, 1

где Ь ф - число наименований марок флюсов; q;ф

.

напряжение на дуге, В (задается ре­

материала);

число наименований электродных

при

Ид

,

жимами сварки); ан

материалов, потребляемых при сварке деталей

(в

металла

qэ=---,

ретение газа);

1

по

электроэнергии

наплавленного

рантам оптовых цен с учетом затрат на приоб­

Lq;эл.мЦ;эл.м,

цена за

дуговых способах сварки

i-ro

Ь эл . м

-

электроэнергии

тарифам, утвержденным на электроэнергию.

вида (ее принимают по действующим прейску­

где Ь эл . м -

кг наплавленно­

I

стыка, детали и т.д.); Ц;Э

ределяют исходя из технологических режимов

=

количество электро­

единицу израсходованной

1

таль (узел); при газовой сварке и резке его оп­

С эл . м

-

ется электроэнергия; q;э

го металла при выполнении i-й операции (при

Ьг

при изготовлении сварной детали (узла);

i-ro

-

где Ь

=

энергии, израсходованной на

где Ь г - количество видов газа, используемых расход

Ь

С э .т

наимено­

вания и типоразмера, кг; Ц; пр. м - цена за еди­

Lq;гЦ;г

и сварочного

гических целей

присадочной проволоки (материала); q;np.M расход при садочной проволоки

=

по

Затраты на электроэнергию для техноло­

1

Сг

и т.п. определяют

оборудования с учетом степени их загрузки.

'

где Ь пр . м - число наименований и типоразмеров

i-ro

воды

техническим характеристикам выбранного заго­

- масса израсходованного флюса i-й марки;

где М ном -

И;В

номинальная мощность, кВ

.

А;

- вторичное напряжение холостого хода

ступени, принятой для сварки, В; И~ - вто­ ричное

напряжение

холостого

хода

на

нальной ступени (предпоследней), В;

коэффициент

мощности

стационарных

машин

всей

номи­

cos

машины;

переменного

тока

<р

-

для типа

Глава

378

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

МТП его можно принимать равным а для подвесных машин типа МТПГ

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

0,45 0,75

( в - время включения машины при сварке

0,55, 0,85; 1000

Затраты на топливо для технологических целей (на нагрев, термическую обработку и т.д.) т

С Т . Т = LqT ;ЦТ '

точек.

Расход электроэнергии при шовной свар­

ке (кВт· ч/м)

1

где т

2

_ Миом cosq>UCB А

qэ.v -

60vU~

число операций ТП, выполнение кото­

рых связано с затратами топлива;

1-'8 '

нении i-й операции; Цт

cos q> = 0,60 ...0,70 для машин типа МТП; ~B = 0,5 - при сварке низкоуглеродистых ста­ лей; v - линейная скорость сварки. электроэнергии

при

рийных машинах (кВт· ч на стык)

-

цен

с

учетом

транспортно-заготовительных

qT; = где qчас ; -

qчас ; kи . ср kпот ,

среднечасовой расход топлива при

выполнении i-й операции; kи . ср - коэффициент, грузки печи; kпот -

FCB

площадь сечения свариваемых дета­

-

-

ление, см; а} =

0,012 ...0,016 -

суммарный припуск на оплав­

Общецеховые расходы

коэффициент.

т

Рцех

бочих, занятых изготовлением сварных конст­ рукций при применении сравниваемых вариан­

тов ТП, т

1

ЗО

~

kд ) +

LJrcp;f; ( 1+-1 100

; -

-

[

rcp;f; (

д ) ] -отч 1+--,

k k100 100

число операций, составляющих ТП;

основная заработная плата (по тарифу)

производственных

рабочих,

выполняющих

i-ю операцию; З д ; - дополнительная заработ­ ная

=

LЧтnkр.бfnkцех ' 1

где т - число операций в ТП; Ч Т n -

часовая

тарифная ставка основных производственных

З п . р = LЗ О ; +З д ; +Осоц; =

где т

неравномерность за­

коэффициент, учитываю­

щий потери топлива.

Заработная плата производственных ра­

=

цена на топливо (ма­

расходов);

учитывающий среднюю

где

расход

зут, природный газ по прейскурантам оптовых

стыковой

сварке оплавлением стальных деталей на се­

лей, см 2 ; П опл

q; -

топлива на деталь (узел, изделие) при выпол­

где

Расход

-

плата,

приходящаяся

на

i-ю

операцию;

Осоц; - отчисления в фонд социального страхо­ вания, приходящиеся на i-ю операцию; Уср ; -

средняя часовая тарифная ставка производст­

рабочих, занятых выполнением n-й операции;

kр . б - коэффициент, учитывающий число рабо­ чих в бригаде, выполняющих n-ю операцию; ( n - норма времени на n-ю операцию;

коэффициент,

разрядов;

за

Уср ;

принимают

средневзвешен­

ную величину часовых тарифных ставок;

норма времени на i-ю операцию; kд

'"

'; 15 ...20 -

процент, который составляет дополнительная

заработная плата от основной заработной пла­

ты; kотч '"

37...39 - процент, который состав­

k uex '" 0,8 -

соотношение

общецеховых расходов и основной заработной платы основных производственных рабочих. Общая

сумма

затрат

на

изготовление

сварной конструкции при применении каждого из сравниваемых ТП

СС.К = СМ

+ С всп . м + З п . р + С т.т +

Собор

+ Р цех .

Планируемое (фактическое) снижение се­ бестоимости от внедрения новой технологии (механизации и автоматизации)

венных рабочих, выполняющих i-ю операцию

бригадой из двух-трех рабочих и более разных

учитывающий

дС; = (С пр где дС;

-

- C;)Nr ;,

планируемое снижение себестоимо­

сти (прирост прибыли) в соответственно

i-M

году, р.; С;, С пр

себестоимости

-

изготовления

единицы сварной конструкции (узла, детали, заготовки)

в

i-M

предшествующем

планируемом внедрению

году

новой

и

ляют отчисления в фонд социального страхо­

гии (механизации и автоматизации), р.;

вания от суммы основной и дополнительной

объем производства в

заработной платы.

натуральных единицах.

i-M

году,

техноло­

Nr ;

-

планируемом году, в

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ (СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ) ВАРИАНТОВ ТП

Условие

целесообразности применения

разработанногоТП в сравнении с базовым

VразNг

+ /Раз ~

VбазNг

где Vраз , vбаз - переменные затраты на единицу

продукции по сравниваемым вариантам; /Раз,

fбаз - условно-постоянные расходы по сравни­ ваемым вариантам;

Nc -

где С баз . пр , С баз . н - годовые текушие расходы

по базовому варианту, изменяющиеся соответ­

ственно пропорционально и

+ fбаз,

затрат при росте объема производства; Р год.баз условно-постоянные

fраз - fбаз vбаз

ТП

f

при

N <

по базовому и разработанному вариантам ТП

применение по­

целесообразно;

и,

Nо . з более предпочтительно примене­

или

При Nгод.раз > Nгод.баз корректирование

+ К,

С пр = ТиС

где С пр - приведенные затраты, р.; С стоимость

р.lгод; К

продукции

-

по

данному

-

себе­

варианту,

единовременные капитальные вло­

жения по тому же варианту, р.; Тн , Ен - норма­

производится по формулам

уд.раз

соответственно;

наоборот,

ние существуюшего (базового) варианта.

р

себестоимость единицы

при базовом варианте

варианте, то

более

Э Г = (С ед . баз - Сед.раз)Nгод.раз, сварной конструкции (узла, детали, заготовки)

увеличивается на большую величину, чем при следнего

по

Годовая экономия и экономический эф­

где С ед . баз , С ед . раз -

.

-v раз

Если при N> Nо . з себестоимостьгодового

разработанном

расходы

фект от применения разработанного варианта

Программное задание, при котором срав­

vN +

накладные

базовому варианту.

ниваемые варианты ТП одинаково экономичны,

выпуска С Г =

непропорциональ-

но объему производства; ~Сбаз.и - увеличение

годовое программное

задание.

N 0.3 =

379

тивные значения срока окупаемости единовре­

= р год.баз

менных капитальных вложений (Ток) и коэф­

N

фициента

ГОД.раз

сравнительной

экономической

эф­

фективности по разработанному варианту (Е);

или

р

УД.раз

=р

уд.баз

Руд.баз

Nгод.баз

N

k изм

ГОД.раз

'

где РУД.раз, Руд.баз - удельная величина условно­ постоянных накладных расходов по разрабо­ танному и базовому вариантам соответственно;

ргод.баз -

сумма годовых условно-постоянных

накладных

расходов

по

базовому

варианту;

Nгод.раз, Nгод . баз - годовой объем производства по разработанному и базовому вариантам соот­ ветственно.

Коэффициент изменения объема произ­ водства

И3М

вложения

соот­

риантам технологии, р.;

Э г . уд

=

[(С ед . баз

- (Сед. раз

+ ЕнКед.баз)+ ЕнКед.раз)] Nгод . раз ,

удельных

показателей

себе­

тальных вложений; С ед . баз , С ед . раз - себестои­ свар­

ной конструкции по базовому варианту ТП

Nгод.баз

капитальные

ветственно по базовому и разработанному ва­

стоимости продукции и единовременных капи­

Nгод.баз

Nгод.раз

единовременные

использовании

Скорректированная себестоимость

Скор.баз = С баз . пр

ветственно по базовому и разработанному ва­

риантам технологии, р.lгод; Кед.баз, Кед.раз -

где Э г . уд - годовой экономический эффект при

= N год.раз

k

где С баз , С раз - себестоимости продукции соот­

мость единицы продукции по базовому и раз­

работанному

варианту

ТП

соответственно;

Кед.баз, Кед.раз - удельные капитальные вложе­

+

+ (С баз . н + ~Сбаз.н )Ргод.баз,

ния на единицу продукции по базовому и раз­ работанному ТП соответственно.

Срок окупаемости единовременных капи­ тальных вложений

Глава

380

Т

К

=

ок

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

-Кб

раз

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

(НИОКР,

н

аз :$; Т '

С баз - С раз

ской эффективности

-С

н

0,15

(при высоких тем­

пах развития ТП сварки ТН принимают равным

0,33).

Выбор сравниваемых

циально отобранных

вариантов.

вариантов

ско-технологических,

Для

конструктор­

технико-организацион­

ных разработок (других прогрессивных меро­ мероприятий НТП) из числа

потенциально возможных, каждый из которых в достаточной мере удовлетворяет социальным

и экологическим требованиям и характеризует­ технико-экономическими

показателями,

прогрессивным

отечест­

венным, мировым достижениям или превосхо­ дящими их.

Если при расчете экономического эффек­ та от внедрения новых разработок (мероприя­ тий НТП) в действующее производство срав­

(базовым)

вариантом

чаще

всего

являются при меняемые на заводе машина, обо­ рудование,

технология

и

Т.д.,

то

при

данном

методе состав сравниваемых вариантов по го­ дам расчетного периода изменяется появлением

все

новых

и

новых

в связи

с

инженерных

решений. При сравнении вариантов необходимо: оценивать эффективность по услови­ ям

использования

продукции

с

учетом

сопут­

ствующих позитивных и негативных (если они есть) результатов в социальной, экологической

и внешнеэкономической сферах; разработки

периоды

затрат времени

расчетному

экономическую

и

году,

результатов

за

приводить

их

и

умножая

неравно­ различные

К

единому

указанные

величи­

ны за каждый год на коэффициент при ведения

и

реализации

и

научно-техни­

цены, так как величина эффекта влияет на це­ ны и учитывается при их расчете;

определять экономический эффект от улучшения

качества

продукции

(в

условиях

использования) по ценам, отражающим изме­

нение эффективности использования ее у по­ следующих потребителей; рассчитывать экономический эффект по

условиям

производства

продукции

с

ис­

пользованием следующих данных:

• действующих оптовых и розничных цен, тарифов на продукцию и услуги; •

нормативов платы за производствен­

ные фонды, трудовые,

природные и другие

ресурсы (утвержденные действующим законо­ дательством);

• действующих нормативов отчислений от прибыли предприятий (объединений) в го­ сударственный

и

местные

бюджеты,

выше­

стоящим организациям для формирования цен­ трализованных отраслевых фондов и резервов;

• нормативов расчета предприятий (объединений) с банком за предоставленный кредит или хранение собственных средств;

•

нормативов пересчета валютной вы­

ручки.

По каждому из числа отобранных (до­ пустимых)

вариантов

определяют

(с

учетом

динамики) затраты, результаты и экономиче­ ский эффект. пользования

Экономический эффект от ис­ конструкторско-технологических

и технико-организационных разработок (меро­

определять эффективность по всему циклу

учитывать ценность

водственно-технологического

лизе необходимо выделить совокупность спе­

ниваемым

потребителя;

ческого назначения) до установления на нее

ристик и показателей) при сравнительном ана­

соответствующими

характеризую­

по условиям использования продукции (произ­

получения достоверных результатов (характе­

ся

перспективных),

рассчитывать экономический эффект

ЭКОНОМИЧЕСКОГО

ЗАТРАТАМ И ПРИБЫЛИ

-

и

(табл.17.1);

ЭФФЕКТА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ,

приятий, далее

платы за трудовые и природные ре­

щих качество и эффективность продукции для

года, а нормативный коэф­

тивности Ен - равным

17.9. РАСЧЕТ

-

ствующих

фициент сравнительной экономической эффек­

иЕн",

ному хозяйству норматива эффективности ка­

сурсы, тарифов, сметной стоимости, цен (дей­

Нормативный срок окупаемости ТН при­

3 годам

экономических нормативов; единого по народ­

мативов

баз раз:$; Е . Краз - К баз

6,6

производство,

питальных затрат и дифференцированных нор­

С

нимают равным

серийное

исходить в расчетах из обоснованных

Коэффициент сравнительной экономиче­

Е=

освоение,

использование результатов);

продукции

приятий НТП) за расчетный период Т (эт) рас­ считывают по формуле

381

РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ, ЗАТРАТАМ И ПРИБЫЛИ

17.1. Таблица Число лет,

коэффициентов приведения

Число лет,

предшествующих

Число лет,

следующих за

а-,

следующих за

а-,

расчетным годом

расчетному году

а-,

расчетным годом

10

2,5937

1

0,9091

11

0,3505

9

2,3579

2

0,8264

12

0,3186

8

2,1436

3

0,7513

13

0,2897

7

1,9487

4

0,6830

14

0,2633 0,2394 0,1486

6

1,7716

5

0,6209

15

5

1,6105

6

0,5645

20

4

1,4641

7

0,5132

25

0,0923 0,0573

3

1,3310

8

0,4665

30

2

1,2100

9

0,4241

40

0,0221

1

1,1000

10

0,3855

50

0,0085

О

1,0000 го

где Рт -

стоимостная оценка результатов ис­

пользования

инженерных

разработок

приятий НТП) за расчетный период; З Т

(меро­

стои­

-

цикла

машины,

технологии

и

т.п.,

обновления продукции по условиям ее произ­

водства и использования или сроками службы

машин, оборудования и других средств труда

мостная оценка затрат на их реализацию за тот

(с учетом морального старения); а,

же период.

циент приведения (см. табл.

Экономические эффекты от разработан­

ного варианта Э т . р и лучшего из числа ото­ бранных для

сравнения э т . с соответственно

равны

= Рт.р -

Зт.р ;

Разработанный

эт. с

= Рт.с -

вариант

Зт . с .

Э т . р ~ тах

или

Эт . р = Эт . с

Стоимостная

при

оценка

Зт.р

< З т. с .

результатов.

Стоимостная оценка достигнутых результатов

расчетный

формуле

период

Т(Р т )

проводится

ранним

пуска

экономически

по

затрат и результатов

-

17.1)

коэффи­

разновре­

всех лет периода

машины, технологии

к расчетному

году (р , который, как правило, является наибо­ дарным

целесообразен, если

за

менных

реализации

лее

Э т. р

опреде­

ляемый плановыми (нормативными) сроками

из

годом,

всех

рассматриваемых

предшествующим

продукции

или

кален­

началу

использования

в

вы­

про из­

водстве новой технологии, новых методов ор­ ганизации труда и производства.

где Е н - норматив приведения разновременных затрат и результатов, численно равный норма­

тиву (Ен =

эффективности

0,1); (р -

результаты

капитальных

расчетный год;

которого

t-

приводят

затрат

год, затраты в к

расчетному

году.

Стоимостную оценку результатов опре­

деляют суммированием основных Ро, И сопут­ где Р,

I-ro

-

стоимостная оценка результатов в году

расчетного периода;

IH

-

начальный год

расчетного периода, год начала финансирова­ ния работ, включая НИР;

1. - конечный год

расчетного периода, год завершения жизненно-

ствующих Рс , результатов. для новых материалов, заготовок и дру­

гих предметов труда Р о , определяют по фор­ муле

Глава

382 где

Nt п

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

- объем применения новых предметов

труда в (-м году; а ! -

на

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

единицу

t.

Зп.т(Зи . т )= LЗпt(Зиt)аt =

расход предметов труда

продукции,

производимой

с

tи

их

t

использованием в (-м году; Ц t - цена единицы

=

продукции (с учетом эффективности ее приме­ нения), выпускаемой с использованием нового предмета труда в (-м году.

Для

машин,

оборудования

и

друтих

средств труда длительного пользования

Ро t

определяют по формуле

-

с помощью новых средств труда в (-м году;

объем применения новых средств труда в -

производительность машин, обо­

рудования и друтих средств труда в (-м году.

Сопутствующие результаты

-

это допол­

нительная экономия в разных сферах народно­ го хозяйства, а также экономия от социальных

и экологических мероприятий НТП. Социальные и экологические резуль­ таты. Стоимостную оценку этих результатов в

(-м году Р е . эt проводят по формуле

машин, оборудования и т.д. в (-м году; Сост t остаточная стоимость (ликвидационное сальдо) основных фондов, выбывших в (-м году. Если на конец расчетного периода остаются основ­

ные фонды для дальнейшего использования в

течение ряда лет, тогда величину СОСТ t опреде­ ляют

как

остаточную

стоимость

указанных

фондов.

Экономический

эффект

и

прибыль.

Экономический эффект от реализации конст­ рукторско-технологических, технико-организа­

ционных

разработок

(друтих

мероприятий

качества,

затратах

и

результатах

величина отдельного результата в на­

внедрения в (-м году; отдельного

Qjt -

стоимостная оценка

результата

в

(-м

году;

число показателей, учитываемых при опре­

делении

единовремен­

по формуле

туральном выражении с учетом масштаба его единицы

-

по годам расчетного периода Э т . е определяют

j=l

n-

текущие издержи при произ­

ные затраты при производстве (использовании)

показателях

n

Pjt -

-

НТП) при стабильных объемах произвоДства,

Ре . эt = LPjtQjt , где

включая затраты на получение сопутствуюших

результатов; И t

отчислений на реновации; З ед t

цена единицы продукции (с учетом

(-м году; В !

где З П t (З И t) - затраты всех ресурсов в (-м году,

и т.д. в (-м году без учета амортизационных

эффективности ее применения), производимой

Nt с -

tи

водстве (использовании) машин, оборудования

Р О! = ЦtNtеВt, где Ц!

I(И t +З еДt -C ocтt )al'

воздействия

мероприятия

НТП

на

окружающую среду и социальную сферу. Затраты на реализацию мероприятий НТП. Речь идет о затратах при производстве

где РГ.е - неизменная по годам расчетного пе­ риода стоимостная оценка результатов (основ­ ных и сопутствуюших) от применения конст­ рукторско-технологических

и

друтих

меро­

приятий НТП; З г . е - неизменные по годам рас­ четного

периода

затраты

на

реализацию

ука­

занных мероприятий,

разработанных конструкций машин, оборудо­

вания, при внедрении технологии и т.д. З п . т , а также при их использовании (без учета затрат

на приобретение) З и . т за расчетный период Т.

где И г -

годовые текущие издержки при ис­

пользовании разработанных конструкций ма­ шин, оборудования и т.Д. (без учета амортиза­

ЗТ = З п.т

+ З и .т ,

ционных отчислений на реновацию ); К р - нор­

ма (коэффициент) реновации основных фондов

где З Т

-

затраты на реализацию мероприятий

НТП; величины З п . т и З и . т рассчитывают по однотипной формуле:

при

использовании

машин,

оборудования

и

т.Д., определяемая с учетом фактора времени

(табл.

17.2);

РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ, ЗАТРАТАМ И ПРИБЫЛИ

17.2. Таблица

383

коэффициентов реновации основных фоидов

(сп

Кр

(сп

Кр

(сп

Кр

(сп

Кр

1

1,000

6

0,1296

11

0,0540

20

0,0175

2

0,427

7

0,1054

12

0,0468

25

0,0102

3

0,3021

8

0,0874

13

0,0408

30

0,0061

4

0,2155

9

0,0736

14

0,0357

40

0,00226

5

0,1638

10

0,0627

15

0,0315

50

0,00086

dП=П,-П о , где (сп - срок службы средств и орудий труда

(техники) долговременного применения; З ед единовременные

разработанных

затраты

машин,

при

где ПО, П, щаяся

общая величина прибыли, остаю­ до

и

после

реализации

Экономический эффект единовременных

Т.д.

затрат, финансируемых предприятием из соб­

(при распределении во времени их приводят по

ственных или заемных источников по данной

фактору времени к расчетному году).

конструкторско-технологической

Прибыль, остающуюся

и

-

предприятия

разработки (мероприятия НТП).

использовании

оборудования

у

в распоряжении

предприятия (научной организации) в (-м году,

коэффициенту эффективности едино­ временных

где Р,

-

-

С,

-

Н"

ческого) назначения в (-м году по ценам, уста­ централизованном

ном порядке;

С,

-

или

договор­

стоимость продукции

в

(-м году; Н, - общая сумма налогов и выплат из балансовой прибыли: платежи за трудовые и природные ресурсы, производственные фонды и

кредиты,

бюджет

и

отчисления

в

вышестоящим

государственный организациям

в

Финансовые средства предприятия, иду­

щие на формирование фондов экономического включают

в

определяемому

'.

/ -/

из

соот­

себя

помимо

прибыли П, и амортизационные отчисления, оставшиеся в его распоряжении.

Прибыль по данной конструкторско-тех­

=О

/=/.

(величину е сравнивают с при

этом

нормативом Е.,

необходимо выполнение условия

е ~ Е.); периоду возврата единовременныхза­ трат,

определяемому последовательным сло­

жением величин (Р,

-

И,) а, до момента, пока

получаемая сумма не будет равна величине единовременных

(-м году.

стимулирования,

е,

L(P/ -и/ -Зед/)(l+е) р

производственно-технического (научно-техни­

в

затрат

ношения

выручка от реализации продукции

новленным

следую­

щим показателям:

П, определяют по формуле

П, = Р,

разработке

(мероприятию НТП), оценивают по

затрат,

приведенных

к

рас­

четному году. Срок возврата сопоставляется с продолжительностью расчетного периода.

При формировании плана экономическо­ го

и социального развития расчет экономиче­

ского эффекта разработчиком совместно с из­ готовителем

согласовывается

требителем-заказчиком.

с

основным

Разногласия

по­

между

нологической разработке (мероприятию НТП),

сторонами по расчету экономического эффекта

выделенная из общей величины прибыли, ос­

рассматривают вышестоящие организации или

тающейся у предприятия dП, равна

они разрешаются в установленном порядке.

Глава

384

ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

17.

17.10. ТЕХНИЧЕСКОЕ

НОРМИРОВАНИЕ

СВАРОЧНЫХ РАБОТ

ражении, Этим

но

и

в

нормочасах,

отличается

норморублях.

нормированное

задание

от

нормы выработки. Перечисленные виды норм

17.10.1.

НОРМЫ ТРУДА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

в

задачи

входит

нормирования

установление

труда

необходимых

устанавливают исходя из необходимых затрат

(работ)

затрат

и

результатов труда, а также оптимальных соот­

ношений

между

численностью

работников

различных групп и количеством единиц обору­ дования. Нормирование труда является осно­ вой планирования производства,

и организации

оплаты

труда,

сварочного

стимулирования

времени на выполнение операций, ТП, различ­ ных видов работ и ВХОДЯIЦих в них элементов.

В связи с этим высокие требования предъяв­ ляются

к

качеству

норм

труда

-

к точности

и

достоверности установленных затрат рабочего времени:

подготовительно-заключительного

(п.з, основного (о, вспомогательного (8, опера­

тивного (опер, обслуживания рабочего места

роста производительности труда и эффектив­

(обел, на отдых и личные надобности (регламен­

ности

тированные перерывы в работе) (п.

производства

сварных

конструкций,

основой управления производственными

про­

Особенность (п.з состоит в том, что оно определяется на весь объем работ (на всю об­

цессами.

Система норм труда характеризует раз­

рабатываемую партию). В массовом и крупно­

личные стороны трудовой деятельности работ­

серийном производстве (п.з В норме штучного

ников,

времени (шт весьма мало и поэтому не учиты­

поэтому

выработки,

охватывает

нормы

обслуживания,

времени,

численности,

вается:

управляемости и нормированные задания.

Нормы ции)

-

времени

(трудоемкость

+

(шт = (о

опера­

необходимые затраты времени одного

(8.Н

работника или бригады на выполнение едини­

(

(шт = (опер 1+

цы работы (продукции), человекоминуты (че­ ловекочасы). Нормы выработки

-

количество единиц

продукции определенного вида, которое долж­

но быть изготовлено одним работником или бригадой за данный отрезок времени (час, сме­

ну) в натуральном выражении (штуках сварных

где (8.Н -

оборудования,

требуемое коли­

-

рабочих

мест,

единиц

производственной ПЛОIЦади и других производ­

ственных объектов, закрепленных для обслужи­ вания за одним работником или бригадой. Норма численности

-

численность работ­

ников, необходимых для выполнения заплани­ одного

или

нескольких

автоматов

(агрегатов, единиц оборудования).

Норма управляемости ков,

которое

должно

-

быть

число работни­ непосредственно

-

(опер

чительную

времени,

величину

ты

исчисляются

не только

в

натуральном

вы-

и

+ (8.н .

учитывается

называемой

(шт.к = (шт где

n -

партии

в

норме

штучно-калькуляцион­

+ (tп.з / n),

число сварных деталей (заготовок) в или

число стыков, участков шва,

при­

ХОДЯIЦихся на партию сварных элементов.

Норма времени на партию

(пар

=

(шт n

+ (п.з .

В серийном производстве

(пар = (шт.к

ну, сутки, месяц). Оно характеризует, как и деятедьности

(о

ным:

быть выполнены одним работником или брига­

результаты

=

ременной их номенклатуры (п.з составляет зна­

дой за определенное планируемое время (сме­ выработки,

соответственно про­

док оборудования в результате широкой и пе­

ассортимент и объем работ, которые должны

норма

-

сварных конструкций из-за частых перенала­

необходимый

работников. Однако в данном случае результа­

а+ь) ' 100

В единичном и серийном производстве

подчинено одному руководителю.

Нормированное задание

(п ,

тивного времени, определяемого по формуле

рованного объема сварочных работ или обслу­ живания

+

центы, которые составляют (обе и (п, от опера­

деталей, метрах шва, массе наплавленного ме­

Норма обслуживания

(06<:

вспомогательное время, не перекры­

ваемое машинным; а, Ь

талла и т.д.). чество

+

или

В единичном

n + (п.з .

и мелкосерийном свароч­

ном производстве величина (п.з особенно вели­ ка

(20 ... 10 %

времени смены), поэтому в этих

ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

в зависимости

условиях она часто нормируется в минутах на смену,

а

в

норму

времени

включается

через

коэффициент подготовительно-заключительно­

го времени kп . з :

устанавливается: ном

от типа производства

в единичном

производстве

на

серийном производстве

массовом

технологию

отдельных

-

изделий; в

на комплекс приемов

обрабатываемую производстве

(в

и мелкосерий­

типовую

сварки (сборки-сварки) (переход),

385

поверхность;

в

на единицу изделия,

одну операцию, в с, мин, ч.

Время обслуживания рабочего места оп­

ределяется

где

F eM

рабочее время за смену (ее продол­

-

жительность

492

мин).

по

рабочего дня. всего

от

нормативам

или

фотографии

Величина (обе зависит прежде

производственных

условий,

систем

Величина (п.з для повторяющихся свароч­

обслуживания рабочих мест, уровня механиза­

ных работ устанавливается по нормативам, а

ции и автоматизации. В единичном и серийном

для оригинальных

-

производстве (обе укрупнен но выражается фор­

графии

дня.

рабочего

на основе данных фото­ Основными

путями

мулой

уменьшения (п.з являются: совмещение

времени

части подготовительно-заключительных работ с протеканием основного машинного времени;

централизация место

материалов,

(обе = а(опер / 100.

выполнения

доставки

В массовом и крупносерийном производ­ стве определяют

рабочее

организационного

приспособлений,

средств

чего места по формулам:

механизации и автоматизации и Т.д. до начала

наладка, подналадка и перенастройка

оборудования в обеденные и межсменные пе­ рерывы.

считывают

с

(технологическое)

учетом:

целевого

время

рас­

назначения

и

характера операций (ТП), вида оборудования,

обслуживания

(обе. тех И

(обе.орт рабо­

(обе.тех = б(о / 100;

работ;

Основное

время технического

на

(обе.орт где а, б, в

-

= В(опер / 100,

соответственно про центы, которые

составляют время обслуживания рабочего мес­ та от (опер, время технического его обслужива­ ния от (о и организационного от (опер'

режимов его работы и паспортных данных по

При определении указанного времени не­

приведенным ниже формулам с использовани­

обходимо выделять перекрываемое (обе.п И не­

ем нормативов времени.

перекрываемое время

'Всnомогательное на

установку,

время,

закрепление,

затрачиваемое

раскрепление

и

снятие заготовок (деталей, узлов), управление оборудованием, изменение режимов его рабо­ ты, контроль за ходом ТП и качеством продук­ ции, нормируют по нормативам; при их отсут­

ствии

-

путем изучения фактических затрат

времени на рабочем месте методом хрономет­ ража.

В

том

и другом

случаях

необходимо

уменьшать долю (в в структуре (опер' Сказанное особо важно при скоростных режимах работы оборудования,

обусловливающих

резкое

со­

кращение машинного времени (м. При этом (в остается без. изменения или уменьшается не­ значительно. Важным также является увеличе­

(обе. н, так

как в

норму

времени включается только (обе.н .

Время на отдых и личные надобности (регламентированные

перерывы)

укрупнен но

определяют в процентах от (опер, причем время

на личные надобности предусматривается нор­

мативами в размере

20 % от (опер или 10 мин на 17.3). В основу нормиро­

рабочую смену (табл.

вания времени на отдых должна быть положе­

на разработанная НИИ труда методика, соглас­ но которой на работоспособность влияют сле­ дующие факторы: физические усилия, нервное

напряжение, темп работы, рабочее положение, монотонность работы, температура, влажность, тепловое излучение в рабочей зоне, загрязнен­ ность воздуха, производственный шум, вибра­

ние в структуре (в перекрываемого вспомога­

ция, толчки, освещение. По каждому из пере­

тельного времени (в.п; должно быть соблюдено

численных

условие: (в

время на отдых в процентах от (опер'

13 - 10498

<

(в.н .

и

других

факторов

установлено

Глава

386

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

17.3. Типовые режимы труда

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

и отдыха при обедеииом перерыве в середиие смены

Работа

Перерыв

Отдых

Связанная снезначительными

Два перерыва по

5

мин в те-

физическими

чение смены: через

2 ч после 1,5 ч до ее

усилиями нервным

умеренным

и

напря-

начала работы и за окончания

жением

Производственная

Связанная со средними физи-

Два

ческими усилиями и средним

течение смены: через

перерыва

по

мин

10

2

сле начала работы и за

нервным напряжением

в

ка

гимнасти-

2 раза в день

ч по-

1,5

ч

до ее окончания

Не требующая

больших

фи-

Четыре перерыва по

зических усилий, но неблаго-

течение

приятная

1,5

по

монотонности,

смены

мин в

5

через

каждые

ч работы

Производственная

ка

2

два

рабочей позе и темпу работы

гимнасти-

раза в день, остальные перерыва

удобной

для

позе

и

отдыха

при

в

легкой

разминке

Связанная с большими физическими

усилиями

шенным

нервным

и

повы-

Три

перерыва

по

10

мин

в

течение смены

Отдых нии

напряже-

в спокойном

или

легкие

состоя-

разминочные

упражнения

нием

Требующая большого напря-

Перерывы в течение каждого

Производственная

жения

часа;

ка

при

высоком

неблагоприятных

темпе

и

условиях

(загрязненность воздуха, виб-

из них первые два пере-

рыва по

1О 3... 5 мин

мин, остальные по

2

гимнасти-

раза в день и отдых в

спокойном состоянии

рация)

Связанная с очень большими

Перерывы

физическими

течение

усилиями

в

неблагоприятных условиях

рыва

в

15 ...20 рыва -

8... 10

по

смены

мин

или три

течение

в

пере-

смены

по

мин, из них два перево

второй половине

смены

Выполияемая

в

неблагопри-

ятных условиях при высоком темпе

и

повышенном

Перерывы по

Orдых в

4 ...5

мин

в те-

чение каждого получаса

спокойном

состоя-

нии в специально отведенном для этого помещении

нерв-

ном напряжении

Требуюшая больших физиче-

Перерывы по

ских усилий В особо неблаго-

каждом рабочем часу

12... 15

мин

в

приятных условиях

Выполняемая

при

благопри-

ятных условиях

среды,

значительным

напряжением

Три перерыва по

5 мин

Упражнения

типа

дыхатель-

ной гимнастики

но со

внимания

Связанная

со

значительным

умственным напряжением

Гимнастика,

пятиминутные

физкультурные паузы в первой и второй половинах рабочего дия

Упражнения,

включающие

работу всей мускулатуры

ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

17.10.2. МЕТОДЫ

ТЕХНИЧЕСКОГО

387

ТП (операций), приемы и режимы труда, режи­

НОРМИРОВАНИЯ

мы работы оборудования, технического и орга­

совокупность оп­

низационного обслуживания его (рабочего мес­

ределенных приемов установления норм труда.

та). Роль этих факторов резко возрастает в связи

Наиболее характерны из них: анализ трудового

с переходом на интенсивный путь развития.

Метод нормирования

-

Исходным

процесс а, проектирование рациональной тех­ нологии

и

организации

труда,

расчет

норм.

определении

объектом

основного

нормирования времени

При выборе метода нормирования труда учи­

является обычно участок

тывают

нейного шва, выполненного

прежде

всего

характер

нормируемых

в горизонтальном

положении изделия. Поэтому

методом нормирования сварочных работ явля­

ияться

ется аналитический метод, а именно: аналити­

протяженности

чески-расчетный, для которого базой опреде­

конструкции.

зависимости

Для

ления норм служат нормативные материалы и

швов

уточнения

от

при

сварку

м длины) прямоли­

(1

работ и условия их выполнения. Основным

В

на

должно уточ­

10

вида,

положения

изготовляемой основного

времени

на

математические зависимости (формулы). Этот

сварку вводят поправочные коэффициенты

метод

(табл.17.4).

нормирования

при меняют

преимущест­

венно в серийном и крупносерийном производ­

стве. Более точным и объективным методом нормирования является аналитически-экспери­

ментальный (исследовательский), для которого

исходная информация, используемая при опре­ делении

норм,

получается

с

помощью

хроно­

метража и фотографии рабочего дня. Рассмат­ риваемый метод нормирования связан с нема­ лыми

затратами

времени

и

средств,

поэтому

применение его целесообразно в массовом и крупносерийном сварочном производстве. В единичном и мелкосерийном производ­ стве

используют

статистический

преимущественно

или

опытно­

сравнительно-расчетный

метод. В этом случае сварочные работы (опе­ рации) делятся на укрупненные элементы, про­ должительность тавляется

с

выполнения

которых

продолжительностью

сопос­

выполнения

таких же элементов аналогичных работ и опе­ раций. Сравнение проводят по типовым нор­

мам времени, статистическим данным, графи­ кам и номограммам.

Из сказанного следует, что точность и прогрессивность норм труда, установленных с применением каждого из рассмотренных мето­

дов нормирования, предопределяются в равной мере, как совершенством способов расчета, так

и

сварной

kn

При расчете норм времени на электро­ сварку часто применяют укрупненные норма­

тивы, которые учитывают неполное время l шт . к

на сварку

1м

длины шва. Для расчета полного

lшт . к . п необходимо время, приводимое в табли­

цах нормативов, умножить на коэффициенты, учитывающие пространстве,

полнения

(табл.

различные марки

работы

и

положения

электродов,

вид

швов

условия

свариваемого

в

вы­

шва

17.5).

В условиях интенсификации

сварочного

производства резко повышаются требования к точности, технической обоснованности и про­ грессивности норм времени на операции, ТП (работы), связанные с изготовлением сварных

конструкций и входящих в них элементов. Эти требования

в значительной

мере выполнимы

при автоматизации расчетов режимов и техни­ ческих норм времени на сварочные операции.

Автоматизированная самостоятельным чается

для

подсистема, будучи

звеном АСУТП, предназна­

расчета

режимов

и

технических

норм времени на выполнение ручной электро­ дуговой,

механизированной,

автоматической

сварки; контактной точечной, шовной и других способов сварки. Применение этой подсистемы позволяет

и новизной, достоверностью исходных обоб­ и

успешно решать задачи повышения производи­

нормативов). Они должны разрабатываться с

тельности труда и эффективности использова­

учетом

ния

щенных

и

справочных

комплекса

материалов

технических,

(норм

экономиче­

сварочного

оборудования,

рациональной

ских, психофизиологических, санитарно-гигие­

организации оплаты труда, обеспечения досто­

нических, социальных и правовых факторов.

верными

При анализе взаимосвязей затрат труда и рабо­

мического

чего времени с факторами, влияющими на их

Структура автоматизированной подсистемы по

величину,

данным литературы может быть представлена

к

числу

приоритетных

факторов

должны быть отнесены: параметры и режимы

13"

исходными и

данными

оперативного

в виде схемы (рис.

17.1).

технико-эконо­ планирования.

Глава

388

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

17.4. Зиачеиия Характер отклонений от исходного

поправочиых коэффициеитов Характер отклонений от исходного

КП

объекта нормирования

Сварка труб диаметром до

Положение сварных швов:

-

-

1 1,25 1,3 1,6

-нижнее вертикальное горизонтальное потолочное

КП

объекта нормирования

2 м:

неповоротные стыки:

1 1,1 0,85

вертикальные горизонтальные

-

поворотные стыки

Сварка и резка: Сварные швы с поворотом

кон-

-

В стационарных условиях на

-

непосредственно на монтаже

-

1 1,1

продольные

-кольцевые

-

1

сварочных площадках

струкции:

(строительном участке) с

кольцевые без поворота

переходом и перемещения-

1,35

конструкции

1,1

ми аппаратуры

-

на подвесных устройствах

-

с п6дмостей и лестниц

(люльках) Длина сварных швов, мм:

- 200 .. .300 -<200

1,1 1,2

17.5. Зависимость

1,5 1,2

в согнутом положении и при

выполнении работ лежа

коэффициеита от марки

сти

выполнения

комплекса

операций для решения

электрода

1,25

вычислительных

поставленной

задачи.

В комплексной программе определения режи­ Электрод

Коэффициент Электрод

УОНИ-13

1

Коэффициент

ЦМ-7

0,7

ЦМ-7С

0,5

мов и норм времени может быть поставлена задача:

установить

сварки.

Алгоритм

только

параметры

должен

режима

предусматривать

возможность реализации такого задания.

1,14

АН-l

Функциональные

блоки

являются

алго­

ритмами определения отдельных этапов расче­

ОЗЦ-4

1,33

ОМА-2

ОЗС-2

1,45

ОЗЦ-l

ОММ-5

Такими блоками могут быть алгоритмы расче­ та

1,37

основного

тельного

ВН-48

0,9

та режимов и норм времени сварочных работ.

1,11

и

и

на

сварку,

времени,

вспомога­

плошади

на­

плавленного металла и т.д.

1,04

Информационные массивы представления

Управляющий

времени

штучного

и

накопления

-

это формы нормативно­

функциональные алго­

справочной информации для расчета режимов

ритмы, информационные массивы и математи­

сварки и норм времени сварочных работ. Эти

ческое

массивы подразделяются на постоянные (ин­

обеспечение

ставными

частями

являются

главными

автоматизированной

со­ под­

формация о паспортных данных оборудования,

системы расчета режимов и технических норм

сварочных

времени

17.2

кромок, сварного шва) и переменные (норма­

управ­

тивно-справочная информация по расчету ре­

представляет

жимов и техническим нормам времени свароч­

сварочных

приведена ляющего

в общем алгоритма,

операций.

На

рис.

виде блок-схема который

собой директивное предписание о необходимо-

материалах,

ных операций).

элементах

разделки

ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

Рис.

17.1.

389

Структура автоматизироваиной подсистемы техиического нормирования сварочиых операций:

1-

исходные данные для расчетов на ЭВМ;

2- 4-

соответственно данные о сварной конструкции,

технологической операции, об условиях ее выполнения; оборудования;

6-

5-

массив информации о паспортных данных

управляющий алгоритм и функциональные блоки;

7 - массив информации об инструменте и приспособлении; 8 - то же, о сварочном материале; 9 - математическое обеспечение подсистемы; 1О - массив информации о иормативах режимов сварки; 11 - то же, о конструктивных элементах шва и разделки кромок; 12 - то же, для расчета норм времени; 13 - результаты расчета на ЭВМ; 14 - 17 - соответственно параметры режимов сварки, составляющие нормы времени, технологические карты, технико-нормировочные карты;

ЭЦВМ АЦПУ

-

-

электронно-цифровая вычислительная машииа;

аналого-цифровое печатающее устройство; НМЛ

Математическое обеспечение

-

это сово­

-

накопители на магнитных лентах

вую ручную сварку предусмотрено

купность (библиотека) стандартных программ,

Блочный

предназначаемых

дает следующими

для

реализации

отдельных

блоков и работы с данными из массивов. Здесь применена блочная методика построения алго­ ритмов, состоящих из ряда отдельных частных

блоков.

Каждому

способу

сварки

присуще

метод построения

16

блоков).

алгоритмов обла­

преимуществами:

простотой

построения

управляющих

алгоритмов решения отдельных задач; возможностью

использования одних и

тех же блоков для решения различных функ­

множество блоков (выполненных на переход,

циональных

операцию). Блоки реализуются в определенной

корректировок в какие-либо программы;

последовательности. Каждый блок служит для расчета

соответствующего

проходов,

силы

сварочного

параметра: тока,

числа

диаметров

задач,

внесения

сравнительно программирования

дополнений

короткими

или

сроками

и отладки программ;

значительной

эффективностью,

электродов, скорости сварки, площади наплав­

адаптации

ленного металла и т.д. (всего на электродуго-

сварочного производства.

программы

к конкретным

при

условиям

Глава

390

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

(

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

)

Пуск

2

f

1 Ввод исходных данных "

/

---

•

4 Расчет основного времени

•

f

3

Печать результатов расчетов переходов

6

Расчет

---

вспомогательного

Расчет неполного штучного (оперативного) времени

~

времени на операцию

8

t

7 Расчет расхода

сварочных материалов

.i

9

Расчет расхода

~

углекислого газа

Нет

предназначенных для перехода

-

на операцию

5

~

Расчет параметров по блокам алгоритмов,

10 Да

роверка

___

Расчет параметров по блокам алгоритмов,

завершения расчетов а

предназначенных для операций

амстро ~

11

/

расчета операции

~

f (

Рис.

'-

Печать результатов

)

Останов

17.2. Ориеитировочиая

блок-схема управляюшего алгоритма расчета режимов и

техиических иорм времеии сварочиых операций

Алгоритмы и программы базируются на методе

дифференцированного

нормирования

трудовых действий, приемов и т.д., что обеспе­ чивает

высокое

качество

расчетов

и

возмож­

Экономия

на

стадии

технологической

подготовки Э т . п достигается снижением затрат на расчеты в результате сокраLЦения численно­

сти ИТР, обусловленного ростом производи­

ность анализа трудового процесса. Рабочими

тельности

программами на ЭВМ предусматривается оп­

шением отдачи высвободившихся квалифици­

ределение

рованных специалистов

мени

ряда

кроме режимов величин,

сварки

и

используемых

норм при

вре­

расче­

тах норм расхода сварочных материалов, смен­

ной производительности,

расценок

на опера­

циюи т.д.

Экономическая эффективность от приме­ нения

ского

программ

для

нормирования

автоматизации

сварочных

техниче­

операций

(процессов и работ) должна определяться на стадии технологической подготовки производ­ ства

и

при

процесса.

ОСУLЦествлении

инженерного

труда,

а

также

повы­

при использовании

их

на творческих работах по созданию прогрес­ сивных, качественно новых ТП. При выполнении производственного про­

цесса экономию Э п . п получают в результате оплаты труда рабочих по технически обосно­ ванным

нормам,

установленным

с

ПОМОLЦью

программ на ЭВМ.

ОБLЦая экономия Э об представляет собой сумму указанных величин:

производственного

Э об = Э т . п

+ Эп . п •

ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

Затраты на технологическую подготовку

С т . п сварочного производства зависят от слож­ ности сварных конструкций и объема их вы­

10 = Ну

10 = 60Ну где

С т . п = LCijNij, где Су - затраты на расчет вручную режимов и технических норм времени

число

Ny -

i-ro

F -

ТПj-й сложно­

i-x ТПj-й сложности; n -

число

проектируемых ТП.

1-

-

нением следующих работ: занесением

исходных

данных

в

спе­

циальный бланк; подготовкой и вводом в ЭВМ исходных данных;

перфорацией

исходных

данных

с

бланком на перфоленту (перфокарту); контролем

перфорации

и

решением

задач на ЭВМ.

могут быть определены по формуле

С М.Э

n

=

L (С з.б

j

-

плотность

сварочный ток;

Массу наплавленного металла

G

опреде­

ляют по формуле

G= aнll, где

1-

время горения дуги.

Площадь

поперечного

сечения

наплав­

ленного металла

F

может быть определена

разделением

на

простые

его

геометрические

фигуры и подсчетом их площадей, а также по таблицам

нормативов

времени

на

сварку.

Плотность наплавленного металла шва у при­ нимается равной плотности основного металла.

Силу тока

Исходя из сказанного, затраты на техни­

ческое нормирование с помощью ЭВМ С М • Э

1 -

коэффициент наплавки.

Определение режимов сварки и техниче­ ских норм времени на ЭВМ связано с выпол­

длина шва; у

наплавленного металла; ан

/ Ia H ,

площадь поперечного сечения наплав­

ленного металла;

;=\

сти;

/Ia H

или

пуска:

n

391

1

при ручной дуговой сварке

устанавливают в соответствии с маркой и диа­ метром электрода, толщиной металла, видом

шва и положением его при сварке. Коэффици­

ент наплавки ан [г/(А

+ Спер j + СМ )N; ,

.

ч)]

-

это масса металла

в граммах, наплавленного за

;=\

отнесенная к силе тока на

1 ч горения дуги, 1 А. На величину ан

где С з . б } - затраты на заполнение бланка ис­

влияют: род сварочного тока, его полярность и

ходных данных ТП; Спер}

плотность, свойства электродной проволоки и

затраты на перфо­

-

рацию исходных данных и контроль перфора­

ции

i-ro

ТП; СМ}

-

покрытий электрода и марки флюса

затраты, связанные с ис­

ан

пользованием машинного времени ЭВМ при

нормировании

i-ro ТП; N; -

число

i-x

= G /11.

ТП. Влияние указанных выше факторов на ан

Применение ЭВМ для технического нор­

мирования целесообразно при С т . п > С м . э И когда достигается наибольшая разность между указанными величинами, Т.е.

характеризуют в общем виде данные табл. длиной

1м

за один проход

С т . п - С м . э ~ тах.

10 = 60yF / При

17.10.3. НОРМИРОВАНИЕ РУЧНОЙ

Ia

многопроходной

время (в мин) на

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ

1

H •

сварке

основное

м длины шва определяется

соответственно по формуле

Расчет норм при этом виде сварки, как и других

рассматриваемых

ниже,

определения основного времени

начинается

10

мин), в течение которого образуется шов наплавлением

с

(в чили сварной

электродного металла:

17.6.

Основное время (в мин) на сварку шва

где

1,2, ..., n -

число проходов (слоев).

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

Глава

392

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

17.6. Коэффициенты Электрод

наплавки

Положение шва при сварке

Без покрытия

Вертикальное

Вид тока

кольцевое

и

нижнее

С меловым покрытием

ан, г/(А

Постоянный

10

Переменный

8,2

Постоянный

5,6

Переменный

6,2

. ч)

Горизонтальное и потолочное

Правильный

и

рациональный

режим

сварки предопределяется прежде всего типом и

диаметром электрода, величиной

перемещение

сварочного

сечения

сварного

шва,

а

тип

электродов

по

данным их паспорта и изготовителя.

где tэ - время на смену одного электрода; Vэф ­

эффективный объем одного электрода.

Толшина, мм

1...2 3...5

4 10

Диаметр, мм

2.. .3

4 5

При

>6

3.. .4

где

толщине

12 24 30 60 5 6

свариваемых

6 7

/[0,6 + 1,2(n с - 1)],

tз =

Ориеитировочиые соотиошеиия между толщиной и диаметром электрода

инструмен­

tэ = tэlF / Vэф ,

тока. Диаметр электрода подбирают по толщи­

не металла свариваемых элементов и форме

сварщика с

тами и Т.д.

длина шва; n с - число слоев при много­

/-

проходной сварке.

Время на очистку промежуточного слоя

1... 2 мин на 1 м длины шва, время на очистку 1 м длины шва последнего слоя 0,6 мин. Время

элементов

мм швы выполняют многопроходной свар­

кой.

на

установку

0,03

осмотр

Вспомогательное время при сварке кон­ струкций тратится на:

клейма

принимается

равным

мин на один знак. Время на измерение и

его на

шва

0,35

определяется

умножением

длины

для нижнего, вертикального и гори­

зонтального швов и на

для потолочного

0,5

смену электродов tэ ;

шва. Время на обслуживание рабочего места

зачистку швов и кромок tз (определя­

-3 ... 5 %

ют по приведенным ниже формулам);

очистку швов от шлака и брызг рас­ плавленного металла;

измерение и клеймение швов; установку,

повороты,

закрепление

снятие сварных конструкций;

17.7. Нормативы

оперативного времени tonep . Время на

отдых и личные надобности может быть при­ нято в размере 5 ... 15 % t onep . Подготовительно­ заключительное время в серийном производст­ ве и

-2 .. .4 % t onep .

для

определения

В единичном производстве этого

времени

пользоваться данными табл.

можно

вос­

17.7.

подготовительно-заключительного времени при сварке

на сборочной площадке, мин Подготовка к сварке

Элемент работы простая

средняя

сложная

5

7

12

Ознакомление с работой

3

5

8

Подготовка приспособлений

-

3

5

Сдача работы

2

2

2

Всего

10

17

27

Получение производственного задания и инструктажа

ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

Нормы

штучного

электросварку

1м

времени

на

ручную

длины шва рассчитывают по

формуле

393

10 = 60/ / VСВ для

1м

;

длины шва:

10 = 60 / V CB , где l вш -

вспомогательное время, связанное со

сварным швом; l вк -

вспомогательное время,

связанное со сваркой конструкций и завися шее

от типа оборудования;

k -

коэффициент, учи­

где / - длина шва данного размера; V СВ

-

ско­

рость сварки этого шва.

При выполнении швов многопроходной сваркой

тываюший время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности.

10 =60(_1_+_1_+ ... +_1_], V СВ,

V СВ2

V СВ n

17.10.4. НОРМИРОВАНИЕ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ И АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ

где

Основное время при данном виде сварки

определяется

по

формулам,

приведенным

в

разд.17.10.3.

V СВ,

ных швов с заданной скоростью

находят

формулам

по

V СВ2

V СВ n - скорость сварки 1,2, ... , n проходах. 17.8 и 17.9 приведено основное

В табл. время,

Основное время при сварке однопроход­

'

'

••• ,

соответственно при

затрачиваемое

на

механизированную

сварку таврового соединения и на автоматиче­

скую сварку

V -образных

швов стыкового со­

единения.

17.8. Основное

время на механизированную сварку под флюсом швов таврового соединения без скоса кромок (одно- и двусторонних)

Катет

Число

шва, мм

проходов

3

Диаметр электрода,

4 3...4

1

5...6

дуги, В

сварки,м/ч

220...230

24...26

40

1,5

280...290

26...28

30

2

280.. .320

28...30

50...60

1

300...340 2

7 8... 10 12

Скорость

мм

1,6

340...380 380...420

2

Время на

Напряжение

Сила тока, А

30...32

32...34

1м

длины шва,

мин

25 ...30

2

20...25

2,4

18...20

3

20...25

4,8

Примечаине. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности.

17.9. Основное время на автоматическую сварку стыковых соединений V-образных со скосом двух двусторонних кромок Толщина металла,

мм

Число проходов

5

Диаметр электрода,

Сила тока, А

мм

3

Напряжение

Скорость

дуги, В

сварки, м/ч

440...450

Время на мин

50...60

1

35...40

1,5

32...34 6...8 10... 14

1

4.. .5

550...600

4

700...990

36...38

1м

длины шва,

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

Глава

394

Вспомогательное ской

сварке

дуговой,

время при автоматиче­

нормируется,

с

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

как

использованием

данных хронометражных

и при

ручной

нормативов

или

наблюдений. Однако

структура (в имеет определенные отличия. Они обусловлены зависимостью (в от сварного шва (в.ш, сложности

сварных

конструкций

перемешения сваршика с полуавтома­

том и инструментом (от шва к шву);

и типа

оборудования (в.к:

установки,

закрепления,

= (в.ш + (в.к .

клеймения шва, заправки кассет (tз.к) Время на заправку кассет (з.к определяют по формуле

Время (в.ш расходуется на осмотр и зачи­

17.10),

насып­

ку флюса в бункер полуавтомата, сбор флюса, зачистку швов от шлака, их осмотр, измерение

масса

1м

В зависимости от толщины свариваемого металла, вида соединений и сварных швов (в.ш

(1,5 ...25

мин на

1м

толшины металла от

в

широком

3 до 50

мм).

G np -

GH масса электродной

Время обслуживания рабочего места (обе складывается из времени на: регулирование заданного режима;

включение и выключение оборудова­ ния и механизмов;

раскладку и уборку инструмента;

диапазоне

длины шва при изменении

длины шва;

проволоки, заправляемой в одну кассету.

ит.д.

колебаться

Gnp ,

где (0.з - время на одну заправку кассеты;

стку свариваемых кромок (табл.

может

и

ит.д.(табл.17.11-17.13).

(з.к = (0.з G H/ (в

поворота

снятия конструкций;

установку

и

смену

кассеты

с

элек­

тродной проволокой;

засыпку флюса в начале смены и уда­

Вспомогательное время (в.к предназнача­

ление его после окончания работы;

ется для:

промывку и продувку рукава при ме­ установки

головки

полуавтомата

в

ханизированной сварке;

уборку рабочего места и т.д.

начале шва;

17.10. Время

на зачистку

1 м длины

свариваемых кромок перед сваркой, мин Стыковой, угловой, тавровый швы

Толщина металла, мм

без скоса кромок

со СКОСОМ кромок

До

20

0,3

0,4

До

30

0,4

0,5

0,5

0,6

>30

17.11. Вспомогательиое

время

1•." на устаиовку в приспособление или

на рабочее место конструкций, поворот и снятие их краном Снятие и транспортировка

Установка или поворот Масса конструкции,

Длина конструкции, м, до

кг,ДО

4

6

8

10

4

6

8

10

100

1,7

1,9

2,0

2,1 ...2,2

1,2

1,3

1,5

1,6... 1,7

200

1,9

2,0

2,2

2,3 ...2,4

1,4

1,6

1,8

2,2 ...2,0

300

2,0

2,1

2,3

2,4...2,5

1,6

1,8

2,0

1,1 ...2,2

500

2,3

2,5

2,6

2,8...2,9

1,9

2,1

2,3

2,4...2,5

ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

17.12. Время 1в . ш

на механизированную электросварку под флюсом

1м

395

длины шва, мин

Шов однопроходной и завершающий проход миогопроходиой сварки

Шов Вид работы

миогопроходиой

угловой

сварки

Сбор флюса со шва,

засыпка

его во флюсосборник

стыковой сплошной

точечный

0,3

0,3

0,3

0,2

1

0,2

0,35

0,3

Очистка шва от шлака Осмотр и измерение шва Удаление

остатка

полуавтомата

и

0,2

проволоки

ее

подача

0,1

0,1

0,1 0,1

в

головку, смена кассеты

17.13. Время Расстояние

на одно перемещение сварщика с инструментом Расстояние

Время на одно

перемещения, м,

не более

перемещение, мин

не более

2

0,3

8

0,75

4

0,4

10

0,9

6

0,6

12

1,1

Это время и время на отдых и личные на­

добности

Время иа одио

перемещения, м,

перемещение, мин

рассчитывают

с

Норма штучного времени на сварку

использованием

нормативов, приведенных в табл.

длины

шва

времени

даны

l шт

в

где l в . ш -

табл.17.16. Подготовительно-заключительное

для

1

м

рассмотренных

видов сварки по формуле

17.14 и 17.15.

Нормативы для определения подготови­ тельно-заключительного

определяется

= [(10 + lв . ш )l + lв . к ] k,

вспомогательное время, связанное со

сварным швом; l в . к

время

-

вспомогательное время,

связанное со сваркой конструкций и зависящее

для простых и сложных работ может быть оп­

от типа оборудования;

ределено соответственно в размере

тывающий время на обслуживание рабочего

2... 6 %

от

коэффициент, учи­

места, отдых и личные надобности.

оперативного времени.

17.14. Время

k -

на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности при автоматической сварке в удобном положении Время

Оборудование

на обслуживание

на отдых и личные

Коэффициент к

рабочего места

иадобности

оперативиому времени

% от оперативиого

времени

Стационарные установки

5

4

1,09

Переносные автоматы

6

5

1,11

8; 9

10; 12

1,18; 1,21

Разного назначения

Глава

396

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

17.15. Время

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

на обслуживание рабочего места, отдых и

личные надобности при механизированной сварке Время Условия выполнения

на обслуживание

на отдых и личные

Коэффициент к

рабочего места

надобности

оперативному времени

% от оперативного

времени

В удобном положении

7

6

1,13

В неудобном положении

9

11

1,2

12

18

1,3

15

20

1,35

18

27

1,25

В

закрытых

свободных

полуоткрытых

тесных

или

емко-

стях

Сварка конструкций с использованием

высотой

переносных

>3

Сварка

лестниц

м крупногабаритных,

объемных

и

полуобъемных

конструкций с помощью кондукторов и кантователей

17.16. Укрупненные

иормативы подготовительно-заключительного времени, мии Работа

Вид работы

простая I

Получение производственного задания

средней

сложности 2

сложная)

3

Получение инструктажа и указаний

3

4

6

Ознакомление с работой, технологией, чертежами

3

4

6

Подготовка приспособлений

-

3

5

Установка кассет с проволокой, засыпка флюса в бункер

6

Выбор режима сварки:

2,8

-силы тока

-

скорости сварки и подачи проволоки:

перестановкой сменных шестерней

9

изменением положения рукоятки

0,2

заменой подающего ролика

1,3

заменой ходовых бегунов

5,5

Сдача и оформление работ 1

4

5

Сварка и наплавка малоответственных конструкций в нижнем положении и в лодочку, прямолиней­

ных швов при толщине свариваемого металла до

2

3 16 мм.

Сварка ответственных конструкций в нижнем положении и в лодочку, прямо- И криволинейных швов

длиной до

4

м при толщине свариваемого металла до

40

мм, когда сварщику приходится знакомиться с чер­

тежами и технологией, подготавливать приспособление.

>40

) Сварка ответственных конструкций в различном положении при толщине свариваемого металла >4 м.

мм и длине шва

ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

17.10.5. НОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ

Установка

СВАРКИ

Основное сварке

время

затрачивается

при

на

электрошлаковой

расплавление

кромок

свариваемой конструкции и присадочного ма­

териала, а также на формирование шва свари­ ваемого соединения. Это время, в мин на

1

м

10 = 60 / У еВ , У еВ

скорость

-

сварки,

рассчитываемая

с

вида электрода.

Некоторые нормативы вспомогательного времени, времени на обслуживание рабочего места, отдых, личные надобности и подготови­ времени

при

этом

виде сварки приведены ниже.

1м

8,0

постановкой изолятора по длине шва и

гибкого шланга

шланга после

с

проволокой,

сварки

при

снятие

длине

мунд­

штука:

до

1 м..................................... 2 м.....................................

>2

м.......................................

до

12,0 15,0 20,0

ной

проволокой,

поперечная

корректи-

2,5

ровка мундштука по зазору Установка

концевика

возвратно-посту-

......... ..

пательного движения по зазору.

2,2

Установка и крепление медных подкладок

для

сварки

подключение

дающей

к

прямолинейных ним

шлангов

с

швов, охлаж­

водой, снятие их после сварки

при длине подкладки:

Вспомогательное время на

пластинчатого

Зарядка аппарата (мундштука) электрод­

учетом конструктивной характеристики шва и

тельно-заключительного

крепление

...... ............ ................... ..

То же, плавящегося мундштука в зазор с

длины шва, определяется по формуле:

где

и

электрода.

397

длииы шва, мин

~IM

~

до

8,0

м (из двух частей)

3

Установка

кармана

и

двух

выходных

планок, прихватка их, покрытие глиной и

Зачистка свариваемых кромок от окалины,

засыпка флюсом с металлической струж-

шлака, ржавчины вручную, зубилом и шет-

1,0

кой

Покрытие

медных

подкладок

огнеупорной

кой перед сваркой.. ......... ...................

7,5

Установка ползуна на подвеску, поджатие

его

к

изделию,

покрытие

глиной,

глиной, асбестом в удобном положении.......

2,0

снятие ползуна после сварки................

То же, в неудобном положении

3,5

Определение схемы работы установки в соответствии с инструкцией

Зачистка шва от шлака, глины, асбеста после

2,5

..

7,0

сварки (с одной стороны) вручную зубилом и щеткой; осмотр швов...............................

0,4

Скорость сварки плавящимся мундшту­

Передвижение аппарата в исходное положе-

ком

ние для сварки прямолинейных швов сверху

ми):

(пластинчато-проволочными

вниз, корректировка положения мундштука в

1,0

зазоре по длине шва

Вспомогательное время, связанное с изделием и работой оборудования, мин

направляющей рейки с аппаратом на

изделие

и

снятие

их

-

7,06n эл V эл = --'---'"'"'----""F .

эп

Fп . т -

площадь поперечного

сечения шва, наплавляемая электродной про­

площадь поперечного шва, наплавленная

F n .T -

после

.

где Fэ . п = Fоб

П.ЭЛ

волокой, мм 2 (Fоб - общая площадь поперечно­ го сечения наплавленного металла шва, мм 2 ;

Установка:

сварки

V

электрода­

12,0

пластинчатыми

мм 2 ).

аппарата типа А-340 на изделие,

и

трубчатыми

электродами,

крепление и снятие его после свар-

.

ки

250

кг на стойки

на балконе краном

. . .

кассеты массой до

5,0 ... 9,0

17.10.6. НОРМИРОВАНИЕ ГАЗОВОЙ СВАРКИ Нормирование этого вида сварки начина­

стенда и снятие их:

на полу

2,0

ется также с определения основного времени,

4,5

затрачиваемого на разогрев металла и наплав­

2,0... 3,5

ление шва. В связи с этим

10

Установка, крепление и снятие стойки,

время

сварку

штанги и внутреннего ползуна при свар-

разогрев

Установка токоподвода к изделию

ке кольцевых швов

.

50,0

(табл.

непосредственно свариваемых

17.17

и

17.18).

на

кромок

включает в себя и

время

в начале

на

сварки

Глава

398

17.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Основное время сварки на

1м

длины шва

лицам нормативов в зависимости от вида сты­

ковых соединений и массы конструкции.

lо.ш рассчитывают по формуле

Время на обслуживание рабочего места

lо.ш =

IHF,

предназначается: для раскладки инструмента в

где I H - время наплавки 1 см 3 металла (см. табл. 17.17); F - площадь поперечного сечения, мм 2 . Следовательно,

основное

время

сварки

шва определенной длины может быть рассчи­ тано по формуле

прочистки,

тушения

горелки,

уста­

новки и смены баллонов, подключения и от­ ключения рукавов, поддержания режима свар­

ки и Т.д. При укрупненных расчетах время на обслуживание рабочего места принимается в размере

10 = lо.шl + lo.p (n - 1),

свариваемых

1О %, а время на отдых и личные на­ - в размере 7 % оперативного време­

добности

где I - длина свариваемого шва, м; lo.p - время разогрев

начале работы и уборки его после работы, за­ жигания,

на

один

n-

число свариваемых швов на конструкции.

кромок,

мин;

Вспомогательное время при сварке швов

ни.

Подготовительно-заключительное

-2 .. .4 %

составляет

оперативного

время

времени.

Норма штучного времени определяется сумми­ рованием перечисленных выше затрат времени

затрачивается: на смену присадочной проволо­ ки; приварку прутка к огарку в процессе свар­

ки; осмотр и очистку кромок шва, на его изме­ рение.

Вспомогательное время при сварке кон­ струкции идет: на установку, закрепление, сня­

где

I•. ш

-

шва; I ш -

вспомогательное

длина шва;

I•. K

время

-

на

сварку

вспомогательное

время на сварку конструкции;

k -

коэффици­

ент, учитывающий затраты времени на обслу­

тие ее; перемещение сварщика, клеймение шва.

живание рабочего места, перерывы на отдых и

у станавливают вспомогательное время по таб-

личные надобности (k =

1,11 ... 1,24).

17.17. Время наплавки 1 см 3 металла ацетнленокнслородным пламенем Толщина свариваемой

Время наплавки

Номер наконечника

1 см 3 , мин

1... 1,5

1

1,3

2.. .4

2

1,1

5...7

3

0,73

детали, мм

7...8

4

17.18. Основное Толщина металла, мм,

не более

Время, мин, не более

Толщина

Номер

свариваемой

Время наплавки

наконечника

1 см 3 , мин

10... 12

5

0,52

13... 18

6

0,42

19...30

7

0,38

детали, мм

0,62

время на разогрев сварнваемых кромок в начале сваркн

1,0

1,5

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

0,1

0,14

0,18

0,25

0,33

0,4

0,47

0,55

0,6

ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

17.10.7. НОРМИРОВАНИЕ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ Норма штучного времени на контактную

сварку (точечную, шовную, стыковую) вклю­

ным ниже или по таблицам нормативов, разра­ ботанным

на

обслуживание

рабочего

места,

для

сварки (табл.

отдельных

видов

контактной

17.19,17.20).

Основное время шовной сварки, мин,

чает в себя основное и вспомогательное время, время

399

на

отдых и личные надобности. Основное время (о зависит от продолжительности прямого и об­ ратного хода электрода. Оно состоит из време­

где /ш

ни на опускание и сближение электродов, их сжатие, при

протекание

повышенном

электрода

в

тока,

выдержку

давлении

скорость сварки.

-

(1 / n) + (•. К,

(О.С =

n-

положение.

Основное

где

приведен-

нуту;

17.19. Основное

длина шва; V C•

электрода

возвращение

по формулам,

исходное

время определяется

и

-

Основное время стыковой сварки, мин,

число рабочих ходов электродов в ми­

(•. К -

время включения рабочего хода.

время точечной сварки иа машинах автоматического и неавтоматического управления

Время на одну точку ИЛИ

Число ходов в минуту

ход, мин

Время на одну точку ИЛИ

Число ходов в минуту

ход, мин

10

0,1

50

0,02

12

0,084

60

0,017

14

0,072

72

0,014

17

0,059

86

0,011

20

0,05

100

0,01

24

0,042

120

0,0082

29

0,035

140

0,0071

35

0,029

170

0,0059

42

0,024

200

0,005

17.20. Основное

время, мин, стыковой сварки (на один стык)

оплавлением низкоуглеродистой стали Сварка деталей ПЛощадь сечения стыка,

мм 2

Номинальная мощность

машины, кв

30 50

10

80 30

сплошного

с развитым

сечения

периметром

сечения

периметром

0,05

-

0,06

0,16 0,18 Не применяется

60

0,2

0,12

0,23

0,15

0,25

0,17

250 400

с развитым

0,1

200

300

без подогрева

сплошного

0,08

120 150

.А

с подогревом

Не применяется

0,28

0,19

0,13

0,31

0,21

0,21

0,14

0,34

0,22

Глава

400

17.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Окончание табл.

17.20

Сварка деталей Номинальная

Площадь

мощность

сечения стыка,

мм 2

машины, кВ

без подогрева

с подогревом

.А

сплошного

с развитым

сплошного

с развитым

сечения

пери метром

сечения

пери метром

0,25

0,17

0,4

0,29

0,28

0,2

0,46

0,34

700

0,31

0,22

0,52

0,38

800

0,34

0,24

0,58

0,46

1000

0,39

0,28

0,72

0,53

500 600

100

250

1200

0,34

0,6

-

-

2000

0,68

-

Основное время точечной сварки, мин:

зачистку

электрода

при

сварке

алюминиевых

сплавов и коррозионно-стойких сталей.

(о . т где

т

-

= (1/ n) + (t B•K /

т),

В массовом производстве вспомогатель­ ное время может быть определено по нормати­

число

свариваемых

точек

за

вам, приведенным в табл.

одно

Вспомогательное время сварке рассчитано:

ментов ние,

и

при

контактной

на установку и снятие эле­

конструкции,

повороты

закрепление,

перемещение

17.21.

17.21 - 17.23.

Время обслуживания рабочего места оп­

включение машины.

их

открепле­ на

шаг,

на

ределяется дня,

по данным

установленным

рупненных

фотографии

нормативам

коэффициентов

времени (табл.

к

и

в

рабочего виде

17.24).

Вспомогательное время, мин, на установку детали на стол,

в приспособление или кондуктор при точечной и шовной сварке Способ установки

Масса детали, кг,

свободно,

с выверкой по

с выверкой по

по контуру,

без фиксации

одной плоскости

двум плоскостям

риске

2

0,043

0,073

0,12

0,047

0,063

3

0,048

0,08

0,13

0,052

0,069

5

0,053

0,088

0,14

0,057

0,076

7

0,058

0,097

0,16

0,063

0,084

10

0,064

0,11

0,17

0,069

0,092

15

0,07

0,12

0,18

0,076

0,1

не более

17.22. Время,

по штырю

мин, на закреплеиие и открепление детали при точечной, шовной и стыковой сварке

Тип зажимного приспособления

Пневматический или пневмогидравлический

Эксцентриковый Рычажный или откидная планка

Время на один зажим, мин

0,016 0,02 0,053

ук­

оперативному

ТЕХНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ РАБОТ

17.23. Вспомоrательное время, мнн, прн Площадь свариваемого

стыковой сварке сплошноrо сечення

Гидравлические,пневматические,

Ручные рычажные

механические зажимы

винтовые зажимы

100...200

0,6

0,7...0,8

200...600

0,7

0,8... 1,0

600... 1000

0,75

1,0... 1,2

1000... 1500

0,8

1,2... 1,4

1500...2500

1,0

1,4... 1,7

сечения, мм 2

17.24,

401

Время, о/о от 'опер , на обслужнванне рабочеrо места, отдых и личные надобности

Сварка

Оборудование

Стационарная

Рабочая

Обслуживание

Отдых и личные

Коэффициент

поза

рабочего места

надобности

(опер

6

1,1

Сидя

ма-

4

шина

1,11

Точечная

Клещи

1,12

5 Пистолет

7

Стационарная

Шовная

Стоя

машина

Машина

с

тическим

Стыковая

1,13

7

На подготовительно-заключительное вре­ мя l п . з , затрачиваемое

ознакомление

с

на получение задания,

работой,

установку

клещей,

пистолета и их снятие, настройку машины и сдачу готовой продукции, отводится

6 ... 10 мин

на партию при выполнении работы на стацио­ машине

(клещах);

при

применении

- 5 мин.

Нормы штучного времени рассчитывают для

6

нием

ческим управлением

пистолета

1,11

пневмауправле-

Машина с автомати-

нарной

4

рассмотренных

видов

сварки

щим формулам:

l шт . т =

(1oi + 1.)k;

l шт . ш =

(101 + 1.)k;

l шт . с =

(10 + 1.)k,

по

следую­

где

1,14

17

i -

число точек, свариваемых за данную

операцию;

1-

длина свариваемого шва, м; 1. -

вспомогательное

время,

связанное

со

свари­

ваемым швом и свариваемыми изделиями;

k-

коэффициент, учитывающий время для обслу­ живания рабочего места, отдыха и личных на­ добностей.

17.10.8. НОРМИРОВАНИЕ ГАЗОВОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛА

Основное время газовой резки 10 . газ - это время, в течение которого под действием струи кислорода

и

подогревательного

ществляется резка металла,

10 . газ = 1011 + 102 ПО,

пламени

осу­

Глава

402

17. ОРГАНИЗАЦИЯ

где 101 - основное время резки

nп

-

на

один

подогрев

Основное время, рассчитанное по табли­

1 м; 1- расчет­

ная длина реза на одну деталь; 102 время

И ЭКОНОМИКА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

в

цам

основное

начале

помощью

коэффициентов, учитывающих: чистоту кисло­

реза;

рода, род горючего, вид стали, класс качества

число подогревов в начале резки на одну

поверхности реза

деталь.

При этом на

нормативов, корректируется с

и

пространстве (табл.

1 м длины реза

положение линии реза

в

17.26).

Вспомогательное время, как и при сварке, подразделяется на время, зависящее от длины

реза (время на корректировку движения резака, где

Vp

-

скорость

резки,

очистку загрязнений на металле, осмотр и про­

устанавливаемая

верку

по паспортным данным оборудования и аппа­ ратуры.

Основное время

качества отрезаемых кромок деталей,

зачистку их от шлака), и время, зависящее от

изделия и типа оборудования (время на подвод

непосредственно резки

суппорта с

резаком к

листу, установку его в

101 и на один подогрев металла 102 может быть

исходное положение и отвод, установку и вы­

определено по нормативам (табл.

верку копира, передвижение резчика и т.д.).

17.25. Основное

17.25).

время механизированной фигурной резки малоуглеродистой стали Время на один подогрев в начале резки, мин

Толщина металла, мм,

не более

Скорость

Время на

1м

резки,

длииы реза,

мм/мин

мин

ОТ кромки листа

в замкнутом контуре листа

Используемый газ

Ацетилен

Городской газ

Ацетилен

Городской газ

5

645

1,55

0,095

0,15

0,23

0,37

10

585

1,71

0,12

0,19

0,28

0,45

15

515

1,94

0,135

0,22

0,34

0,54

20

490

2,04

0,145

0,23

0,39

0,62

25

455

2,2

0,155

0,25

0,44

0,7

30

435

2,3

0,17

0,27

0,48

0,77

35

410

2,44

0,18

0,29

0,52

0,83

40

390

2,56

0,30

0,3

0,58

0,93

17.26. Поправочные Чистота кислорода,

коэффициенты к основному времени газовой резки

%

k

99,9

0,92

99,0

1,11

99,5

1,0... 1,19

99,2

1,06

98,0

1,25

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Поправочные коэффнцненты к основному

Подготовнтельно-заключнтельное

Углеродистые и малолегированные, содер-

0,4 % С...........

Марганцовистые содержащие (до

1,1

среднелегированные, ванадий

и

время, мнн, по

элементам работ прн газовой резке металла

временн прн резке сталн

жащие до

403

3,0

Ознакомление с работой......................

2,0

Получение и сдача инструмента.

молибден

0,7 % С)

1,2

Хромоникелевые и высоколегированные

Получение задания и инструктажа.........

....

.....

2,0

Установка и снятие копира, шаблона при

1,3

машинной резке.................................

5,2

Установка и сиятие циркуля

1,0

Подключение

Поправочные коэффнцненты к основному

рукавов

к резаку,

рали, баллонам и отключение их

времеин при положении лнини реза в пространстве

магист-

.... ........

3... 5

Установка:

Нижнее наклонное

1,0

Вертикальное (сверху вниз)

1,05

Горизонтальное

Норматнвы вспомогательного временн, мнн, зависящие от нзделия и оборудоваиия

0,8

-

скорости резки

0,2

-

резака. .. .. ..

-

керосинореза

.. .. .. .. .. ...

..

0,8 1,5

........

0,4

Сдача работы................................. ....

2,0

Установка и сиятие катков к резаку

0,3

Установка резака под углом

давления газов

Подготовка к работе:

1,1

'"

-

Подвод суппорта с резаком к месту, отвод, установка

в

исходное

положение,

выверка

Норма штучного времени (шт.газ опреде­

3,5

листа Клеймение

0,1

Перевод мащины от одной детали к другой

0,5

Передвижение

резчика

направляющего

пути

и

(шт.газ = [(tol

перестановка

переносной

(шт.газ =

машины

при перемене направления реза................

4,0

Установка и выверка копира

0,5

Установка

ляется по формулам

резака и циркуляция

где (в.р -

.........

[(tolkn + (в.р 1+ (02 + (B.H]k,

вспомогательное время на

1

м реза,

зависящее от длины реза; (в.н.о - вспомогатель­

ное время, связанное с конфигурацией изделия

на задан-

ный размер при резке по окружности

+ (в.р) 1+ (о2 n + (B.H.o]k;

0,6

и работой оборудования;

k -

коэффициент,

учитывающий время на обслуживание рабоче­

го места, отдых и личные надобности; Время обслуживания рабочего места за­ висит от типа оборудования, условий выполне­ ния работы и толщины разрезаемого металла; составляет при машинной резке

ручной

3... 12 %

4 ...6 %

и при

(опер' Время перерывов на от­

kn

-

коэффициент, учитывающий чистоту кислоро­ да, род горючего и вид стали; (02 время

на

подогрев

одну деталь; (в.н -

металла

в

основное

начале

реза

на

вспомогательное время, за­

висящее от конфигурации изделия.

дых и личные надобности при машинной резке

занимает При

5...6 %

и при ручной

укрупненных

тельно-заключительное

размере

2 ... 6 %

от (опер'

7... 1О %

расчетах время

(опер'

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

подготови­

принимают

в

1.

Белянии П.Н. Промышленные робо­

ты. М.: Машиностроение,

1975.398 с.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

404

2.

Виноrрадов

В.с.

Технолоrическая

7.

Сварка в машиностроении:

ПОДI"отовка производства сварных соединений.

ник. В 3-х т. Т.

М.: Машиностроение,

М.: Машиностроение,

3. ция

Грачева

К.А. Экономика,

и планирование

сварочного

М.: Машиностроение,

4. ция

с.

1981.223

организа­

производства.

1984.368 с.

Козырев Ю.Г. Наладка и Э'Ксплуата­

станков

с числовым

программным

управ­

лением и промышленных роботов. М.: Маши­ ностроение,

5. ные

1980. 52 с.

Маннловскнй

мощности

Производствен­

машиностроительного

М.: Машиностроение,

6.

Р.Г.

1973. 161

Нормирование

с.

труда

Б.Н. Генки на. М.: Экономика,

завода.

/ Под 1985.270 с.

8. В.В.

Справоч­

Под ред. В.А. Винокурова.

Справочник

Степанова.

М.:

1979. 531

с.

сварщика

Под

/

Машиностроение,

ред.

1982.

560 с. 9.

Чвертко А.И., Патон В.Е., Тимчен­

ко В.А. Оборудование для механизированной дуговой сварки и наплавки. М.: Машинострое­ ние,

1981.264 с. 10. Черпаков

тических линий.

243

Б.И. Эксплуатация автома­

М.:

Машиностроение,

1978.

с.

11. ред.

3/

Юренич

Е.И.,

Аветиков

Б.Г.,

Ко­

рытко О.Б. Устройство промышленных робо­ тов. П.: Машиностроение,

1980.333

с.

Гл а ва

18

БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 18.1. ТРЕБОВАНИЯ

трансформаторов и др.), а также ультразвука и

БЕЗОllAСНОСТИ

ТРУДА И ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ

высокочастотного шума

при узс.

-

При ручной и механизированной сварке и

СРЕДЫ

резке характерна статическая нагрузка на руки,

18.1.1. ОПАСНЫЕ

И ВРЕДНЫЕ

а

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ФАКТОРЫ

Перечень

этих

факторов

приведен

в

табл. 18.1 в соответствии с ГОСТ 12.3.003-86'. Они подразделяются на химические, физические и психофизиологические. Воздействие вредных производственных

факторов

на

работающих

может привести к заболеванию и

снижению

производительности труда. Это прежде всего:

-

поступление

в

зону

дыхания

металлов (марганца,

хрома, никеля, железа и др.) и токсичные газы

(СО, Оз, ИF,

N02 и

др.);

чрезмерная ванность

воздуха

запыленность

вследствие

и

загазо­

попадания

пыли

флюсов, подгорания масла и т.п.; повышенная

стей оборудования,

температура

поверхно­

материалов и

воздуха в

рабочей зоне (рз)2, особенно при сварке с по­ догревом изделий; излишняя

яркость

сварочной

дуги,

переменных

магнитных

полей при КС и высокочастотных ЭМП

-

при

сваркеТВЧ;

ЭЛС,

сварных

проведении

швов,

из-за

нервно­

-

напряженности

труда. Воздействие опасных производственных факторов может привести к травме или внезап­

ному резкому ухудшению здоровья. Это дейст­ вие электрического тока, искры и брызги рас­ плавленного

механизмы

металла,

и

Т.д.

пламени,

движущиеся

Использование наличие

машины,

открытого

расплавленного

металла и шлака и т.п. увеличивают опасность возникновения пожара, а неправильное транс­

портирование, хранение и использование бал­ лонов

со

сжатыми

газами,

нарушение

правил

эксплуатации газосварочного оборудования и Т.п.

-

взрывов. Работа в монтажных и полевых

условиях, особенно на высоте, без соответст­ вующих предохранительных средств, огражде­

ний может обернуться падением работающих, их травмированием.

18.1.2.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

у-

и

использовании

няться в соответствии с требованиями ГОСТ

12.3.003-86', 12.3.039-85',

12.1.004-91', 12.3.036-84', 12.3.002-75', 12.1.010-76' и

-

Межотраслевыми правилами по охране труда

рентгеноскопии

при электро- и газосварочных работах ПОТР

действие ионизирующих излучений

при

способах

пере грузки

Работы по сварке и резке должны выпол­

УФ- и ИК-радиация; воздействие

автоматических

газового

свароч­

ных аэрозолей 1, содержащих в составе твердой фазы оксиды различных

при

психические

торированных

М-020-200 1. Уровни опасных и вредных производст­

вольфрамовых электродов; влияние шума и вибраций имеет ме­

венных факторов в РЗ не должны превышать

сто при плазменной и газовой резке, работе

установленных значений: содержание вредных

-

пневмопривода (КС), различного оборудования

веществ (В В)

(вакуум-насосов,

траций (ПДК) по ГОСТ

вентиляторов,

сварочных

предельно допустимых концен­

12.1.005-88

веществ для воздуха РЗ и I

Сварочный аэрозоль относится к аэрозолям

конденсации и представляет собой дисперсную сис­ тему, состоящую из твердой фазы и газа или смеси газов.

2

Рабочая зона - пространство высотой до 2 м

над уровнем пола или площадки, где находятся рабо­ чие места.

приведены в табл.

18.2);

(ПДК ряда

населенных мест

уровни шума

-

по

ГОСТ 12.1.003-83' и санитарным нормам (СИ

2.2.4/2.1.8.562-96) (табл. 18.3); уровни ультра­ звука - по ГОСТ 12.1.001-89; уровни локаль­ ной и общей вибрации - по ГОСТ 12.1.012-90; температура

поверхности

оборудования

и

18.1. Характернcrика

...

<:

сварочных н газоплазменных работ по опасным н вредным пронзводственным факторам

'"

Опасные и вредные производственные факторы хим

психофи-

ичес

физические

кие

Виды работы

~

!;:.:а

@'@

~~ ~

о

8а.

~~

ческие

Н

Н

"

~~

~~ ~ g

." ·. ~ ~ :i 3

с

~

повышенная

1:1:

1:!~

~ :ж: ~ ~

..

.."=" · .. м

~~ х

С

~

~

v ..

~

"3»

i ~ ~

~

'"

~

1:1:

•

~ 3" 2 •

~ g =

»5 !Н.

"

= = ~

:; о с

о

>.tv v~ ~ :;: '" g" ~ "= ~ ~

. u

е

;>.

~ ~

е о

•..

i

е о

~ ~

IO~ ~ ~ :а

~

v

e-8~ ~ i!.

v •

~~ "!1.

..•=•

е-

м

а.

-е-

с

.~

'"'"w

~

'":>-

~

~ ес • ьео ~

~

с подогревом

w :>-

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

'"

+

автомаПfЧеская

+

+

+

автоматическая

+

+

+

+

+

+

+

ванная

или многопроходная

'"

:=<

+

с подогревом

'"'<

."

:>-

+

-

....:>-

(5 Е

ДСФ:

-

Е :;: О

+

ходная

механизиро-

о

....()<:r .... ." :=

или мноroпро-

-

:I:

jo,

изделия

-

с

о

()

'< :>-

м

ДУГОвая

без подогрева

00

~

сварка:

-

~ ~

повышенный уровень

температура

: ~ '" ~ ~ •= ~ ~~~ ~ ~ gf~ ~ ~ ~

Q

РУЧНая

зиологи·

() ."

'"g:

jo,

+

+

+

+

+

+

+

ДСЗГ:

-

без подогрева

-

с подогревом

-

механизиро-

+ + +

+

+ + +

+

+

+

+ + +

+ + +

+ + +

+ + +

+ + +

+ + +

+ + +

+

+

+

+

+

+

+ + +

+ + +

ванная

-

механнзиро-

+

+

+

см

'" '" w '"

:I:

догревом автомаmческая

ЭШС

+ +

+ +

+ +

+

+ +

+ + + +

+ + + +

+ + + +

+ + + +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ +

+ + + + + + + + + + + + +

+ + + +

+ +

см

О :::]

>

КС: -точечная -шовная

-рельефная

-

'"

> :s:

взнная с по-

-

......, о

оплавлением

+ + + +

+ + + + +

ЭЛС ет

+ +

ДФС

+ +

Сварка ТВЧ

Газовая резка Плазменная сварка

+ + +

+

+

УЗС

Газовая сварка

+

+ +

+ + + + +

+ + +

Лазерная сварка и

+ +

+ + +

+

+ + +

+

+ +

+ +

+ + + +

+ + + +

+

+

:I:

?5 ..., :s: ...,

...'<

+

+

()

+ +

+ +

+

+ + + + + + + + +

резка

+

Пайка ПрнмечаННII.

2.

1. «+» -

+ «-» -

отсyrствие фактора.

Здесь и далее приняты следующие сокращенИJI: РЗ

ультразвуковая сварка; эше сварка; ТВЧ

-

-

-

электроmлаковая сварка; эле

токи высокой частоты; ЭМП

-

рабочая зона; ДСФ

-

дуговая сварка под флюсом; дсзг

- электронно-лучеВaJI сварка; КС -

элеlПpOмагннmые поля; УФ, ИК

-

е:: о

...''<"

'i5"

> Е

'" ..."" '" ()

~

+

наличие фактора;

~ :s: w > Е :s: ...,

е::

- дуговая сварка в защитных глазах; узе -

контактная сварка; ет

- сварка трением; ДФС -

ультрафиолетовое, инфракрасное излучение.

диффузионная

.......<:>

Глава

408

18.2. пдк

18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

наиболее часто встречающихся ВВ в воздухе РЗ сварочных цехов и атмосферном воздухе населенных пунктов

ПДК, мг/м 3 ВВ

Азота оксиды (в пересчете на

N0 2 )

в воздухе

в атмосферном

РЗ

воздухе

5

0,4/0,06

Класс

Агрегатное

опасности

состояние

2

П

Алюминий и его сплавы, оксид алюми-

ния (в том числе, с примесью диоксида

2

4

кремния) в виде аэрозоля конденсации

Бериллий и его соединения

0,001 1

Ванадий и его соединения:

-

дым пятиоксида ванадия

-

пыли трехоксида и пятиоксида

0,1

ванадия

0,5

Вольфрам

3

Железа оксид с примесью оксидов марганца (до

2

-

3 %),

легированные стали и их

смеси с алмазом до

6

5%

4

Железа оксид с примесью оксидов фтористых или

3... 6 %

марганцовых соеди-

А

4

нений

Кадмия оксид

0,1/0,03'

Кобальт металлический, оксид кобальта Марганец

(до

20

%

в

сварочном

аэрозоле)

Молибден (растворимые соединения в виде аэрозоля конденсации) Молибден, нерастворимые соединения Никель, оксид никеля

Озон Свинец и его неорганические соединения

Титан и его оксиды

Торий Углерода оксид Феррохром металлический Фтористый водород кислоты

соли

(хорошо растворимые в воде) Хромовый ангидрид, хроматы, бихроматы

Цинка оксид

0,001

0,2

0,01

2

1/0,5'

Медь металлическая

Фтористо-водородной

1

0,5

2 6 0,05 0,1

-

3

1

П

0,01/0,005'

0,001

10 0,05

-

20

5/3

1 4

П

2 0,5/0,1'

-

3

А

4

П

0,02 2

0,2

0,03

0,01

-

1

0,05

2

0,5 • Среднесменные величины пдк. Примечаиия. 1. ПДК для атмосферного воздуха, указанные зовыми, а в знаменателе и без дроби - среднесуточными. 2. П - пары и/или газы; А - аэрозоли.

А

А

в числителе, являются максимально ра­

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА И ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

18.3. Допустимые

409

уровни шума на рабочих местах

Уровни звукового давления, дБ (нижняя строка), на средне геометрических частотах

Уровни звука и

октавных полос, Гц

эквивалентные уровни звука,

31,S

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

дБА

107

95

87

82

78

75

73

71

69

80

Прнмечанне. Для тонального и импульсного шумов, а также для шума систем вентиляции и конди­

ционирования воздуха допустимые уровни на

5 дБ

и дБА меньше табличных значений.

18.4. Допустимые уровни

напряженности МИ

Напряженность МП, А/м Время воздействия, ч

непрерывных и

прерывистых с

t и ;::

0,02

с; l п ::;

2с

прерывистых с

прерывистых с

60 с ;:: t и ;:: 1 с; l п > 2 с

0,02 с ::; t и < 1 с; l п > 2 с

1,0

6000

8000

10 000

1,5

5500

7500

9500

2

4900

6900

8900

2,5

4500

6500

8500

3,0

4000

6000

8000

3,5

3600

5600

7600

4,0

3200

5200

7200

4,5

2900

4900

6900

5,0

2500

4500

6500

5,5

2300

4300

6300

6,0

2000

4000

6000

6,5

1800

3800

5800

7,0

1600

3600

5600

7,5

1500

3500

5500

8

1400

3400

5400

Прнмечанне. t и И l п - длительность импульса и паузы между импульсами, с.

теплового излучения на рабочих местах

-

по

по ГОСТ 12.1.006-84'; напряженность элек­

СИ 245-71 и ГОСТ 12.1.005-88'; напряжен­

трических полей токов ПроМЬШIЛенной частоты

ность магнитных полей (МП) частотой

по ГОСТ

по

санитарным

(табл.

18.4);

нормам

СИ

50 Гц 2.2.4.723-98

напряженность ЭМП радиочастот-

12.1.002-84; уровни ионизирующих излучений - по нормам радиационной безопас­ ности НРБ-99.

Глава

410 18.1.3.

18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И

ОБОРУДОВАНИЕ

сварки нужно выполнять в светлых тонах (се­ рый, желтый, голубой) с диффузным отраже­

Оборудование для сварки и резки должно соответствовать требованиям ГОСТ

12.2.003-91,

12.2.049-80, 12.2.007.8-75' и Правил устройств

нием

должны

отвечать ряду

требований: электросварочные работы

- ГОСТ 12.3.003-86'; газовая сварка и резка - ГОСТ 12.3.036--84'; плазменная сварка и резка ГОСТ 12.3.039-85'; УЗС - ГОСТ 12.1.001-89; лазерная сварка и резка - Санитарным нормам и правилам 5804-91.

применяя

и желтый

цинковые

крон для

и

титановые

поглощения

УФ

излучения.

Ворота и проемы для транспортирования

электроустановок. Конкретные виды работы и оборудование также

света,

белила

длинномерных

заготовок

и сварных

открываемые не менее чем на

40

изделий,

мин в смену,

должны быть оборудованы воздушными или воздущно-тепловыми завесами, исключающими поступление в помещение холодного воздуха.

Полы в помещениях должны быть несго­ раемые и нескользкие, обладать малой тепло­ проводностью.

18.1.4.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ

Требования

к помещениям,

ные в государствеиных

приведен­

В помещениях для плазменной резки не­ обходима звукопоглощающая облицовка стен высотой ~2, 7 м.

стандартах. Объем

производственного помещения на одного рабо­

Лазеры

IV

тающего должен быть ~ 15 м 3 , а площадь ~4,5 м 2 , исключая площадь, занимаемую обо­

лазеров Ш,

рудованием

внутренними

и проходами.

Для уменьщения вредного влияния ярко­

щение

Правилам

ния цехов

23-05-95

18.5.

методов

замками,

II - IV

помещений

вую отделку интерьера помещений, оборудова­ электродутовых

табло

«Посторонним

ПОТ

(табл.

Р

кл). Искусственное осве­ должно

соответствовать

M-02D-2001

и

СНиП

18.5).

Рекомендуемые показатели освещения сварочных и сборочно-сварочиых цехов при использовании газоразрядных ламп

Освещенность, лк Разряд

Вид работы

зрительной

работы

комбинированное

освещение

Сварка

и

пайка

материалов

общее освещение

КоэффиПоказатель

циент

ослеплен-

пульсации,

ности

%, не более

и

металлов толщиной, мм:

-<0,06 - 0,06 ... 0,5 -0,5 ... 1,5 Сварка,

2500

750

2000

500

Шб

1250

400

10/15

IVa

750

300

20

Ша

2000

500

Шб

1000

300

IB

20

20/10

наплавка и резка сред-

них и крупных изделий (ручная, механизированная, КС и т.д.) Контроль

сварного

соединения

(шва)

автоматизированными

свароч-

40 20/15

Управление механизированными и

ными устройствами Примечаине. В числителе указан коэффициент пульсации для системы комбинированного освеще­ ния, а в знаменателе - для общего.

в

вход воспрещен» и знаком лазерной опасности

(для лазеров

участков

размещаться

КЛ. должны быть оборудованы

IV

жду дугой и окружающими и

должны

ровки входной двери. Двери помещений для

сти сварочной дуги и снижения контраста ме­

предметами цвето­

кл.

специальном помещении с устройством блоки­

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА И ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Общее

равномерное

освещение

должно

411

Ширина проходов между оборудованием,

устраиваться в цехах, где проводятся сборочно­

движущимися

сварочные работы крупных изделий. Комбини­

деталями,

рованное

источниками питания должна быть

освещение

при работах

следует

высокой

предусматривать

и наивысщей

точности

разр.), в частности при сварке и пайке

(I - III

материалов толщиной

мм, при дефек­

0,06...0,5

тоскопии сварных швов и других подобных работах. правило,

газоразрядные источники

света:

лампы ДРЛ, ДРИ; дЛЯ освещения высоких це­ хов (до ные

м) большой площади

4

лампы.

накаливания. мендуются

Допускается Для

люминесцент­

-

применение

местного освещения реко­

светильники

с

непрозрачными

ражателями, имеющими защитный угол

Если

светильники

сварщика, пределах

ламп

расположены

то защитный

угол

ниже

может

от­

2::30°. глаз

быть

в

перемещаемыми

между однопостовыми

многопостовыми

2::1,5

м, а

м. Ширина прохо­

2::0,8

дов между машинами КС должна быть в пре­ делах

м

1,3

в зависимости

расположения.

от их взаимного

На каждое стационарное рабо­

чее место при плазменной

Для освещения цехов надо использовать, как

механизмами,

стационарными

и

газоплазменной

обработке металлов должно отводиться 2::4 м 2 , а при работе в кабине 2::3 м 2 . Проходь .. - шириной 2::1 м. Зоны с опасными производственными фак­ торами должны быть ограждены, знаки безопас­

ности вьщержаны по ГОСТ 12.4.026-76'. Организация рабочих мест должна удов­

летворять эргономическим требованиям ГОСТ

12.2.032-78

и

12.2.033-78

(рис.

18.1).

10... 30°.

При сварке внутри емкостей освещение

18.1.6. СВАРОЧНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ И ЗАГОТОВКИ

осуществляется светильниками направленного

света, установленными вне свариваемого объ­

Исходные материалы должны соответст­

екта, или ручными переносными светильника­

вовать

ми, uборудованными защитной сеткой. Осве­

технологии. Не допускается при менять свароч­

щенность в этих случаях должна быть

маркам

и

требованиям,

указанным

в

лк.

ные материалы, не имеющие санитарно-гигие­

При этом трансформатор для переносных све­

нической оценки, а также вольфрамовые прут­

тильников

нужно

устанавливать

вне

2::30

сваривае­

мого объекта с обязательным заземлением вто­ ричной обмотки трансформатора.

Не допуска­

ется применение автотрансформаторов. В

производственных

сва­

цехов парамет­

ры микроклимата следует принимать по ГОСТ

12.1.005-88' (помещения снезначительными избытками явной

теплоты, работы

Сварочные материалы должны храниться в крытых сухих помещениях при отсутствии

помещениях

рочных и сборочно-сварочных

ки вт и другие материалы, выделяющие ра­ диоактивные вещества.

воздухе складских помещений

в

паров кислот,

щелочей и других агрессивных веществ. Перед началом

работы

прокалить

или

сварочные

просушить

материалы

при

надо

режимах, реко­

средней

мендуемых для данного материала. В холод­

В холодный период года допустимые па­

ет подавать в цех заранее с тем, чтобы к началу

тяжести категорий Па и Пб).

ный период года материалы и заготовки следу­

раметры микроклимата для работ Па и Пб со­ ответственно

равны:

температура

воздуха

17 ... 23 и 15 ... 21 ОС, относительная влажность 5,75 %, скорость движения воздуха 5,0,3 и 0,4 м/с. В теплый период эти параметры равны 18 27 и 16... 27 ОС, 65 и 70 %, 0,2 ... 0,4 и 0,2 0,5 м/с.

сварки их температура была не ниже темпера­ туры в цехе.

Поверхности свариваемых заготовок, де­

талей и сварочных проволок должны быть су­ хими, очищенными

не должны иметь заусенцев. поверхностей

18.1.5.

РАЗМЕЩЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И

органами

Соответствующие требования приведены в ГОСТ

12.2.061-81

и в государственных стан­

дартах на отдельные виды работ (см.

18.1.3).

под

растворителями,

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧИХ МЕСТ

разд.

от окалины, смазки, ржав­

чины и других загрязнений. Кромки заготовок сварку

допущенными

санитарного

и

Обезжиривание

следует к

проводить

применению

пожарного

надзора.

Запрещается для этих целей использовать ди­ хлорэтан, трихлорэтилен и другие хлорирован­ ные

углеводороды,

а также

рителями нагретые изделия.

протирать раство­

Глава 18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

412

мм

1200l--+--t---+--+--...:....:..г-=::lo~

8001---+--+----+---+--::::,,,..-""'R----!

800 !--+-+---+---+---+--::i::;.--!

Б OOI----+--4-.--+----+:==--"f'F=-------I

400г--+-+------i ZООг---+---+---·'Т""i!:::~~-ПI

zо 01---+-+-----1 01....-.............._---r._ _..I.-.........-=_--' 1550 lБОО lБ50 1700 1750 1800 Рост

0'--.................._----'-_ _.1.----"''''''''''''_--' 1550

lБОО

сВарщика, мм

IБ50

1700

1750

180и

Рост с6арщика. ,.,м

О}

й)

мм

/' ~

! 800 ~

/

700 БОО

v

/

500

/'

1,-00 "..

ЗОО

ty;

у

/

о

V

~

1'1-00 1500

IБОО

i пои

1800

Рост сВарщика,"''''

8) Рис.

а и б

-

18.1. Параметры

Поверхности свариваемых мых

изделий,

стациоиариых рабочих мест:

работа при ручной дуговой сварке стоя и сидя; в

покрытые

и наплавляе­

антикоррозионными

-

работа при контактной сварке

перевозка и эксплуатация баллонов со сжаты­ ми

газами

регламентируется

грунтами, необходимо очищать от грунта по

устройства

и безопасной

ширине ~ 100 мм от места сварки. Хранение,

дов, работающих под давлением.

Правилами

эксплуатации

сосу­

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА И ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

18.1.7. ПОЖАРО-

И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ

оружений, подвергаются испытаниям согласно

Сварочные и другие работы должны про­ водиться в соответствии

СНиП

со СНиП

и Правилами

11-90-81

21.01-97,

пожарной безо­

пасности в Российской Федерации ППБ-01-93. Категории производств по взрывной, пожаро­ взрывной и пожарной опасности следует при­ нимать

по

специальным

ведомственным

пе­

речням. Цехи и участки, где ведутся работы по дуговой сварке, газовой сварке и резке метал­ лов, относятся

к категории Г производств

по

пожарной и взрывной опасности. Число огне­ тушителей и других первичных средств пожа­ ротушения для таких цехов и участков требу­ ется выбирать по упомянутым типовым прави­

лам, а именно: на 600 ...800 м 2 плошади цеха необходимо

наличие

огнетушителя

одного

углекислотного

ОУ-2 или ОУ-5, двух пенных

ОХП-10, ящика с песком и лопатой, а также

войлока, кошмы или асбеста

(2

х

1,5

м).

Места, отведенные для сварочных работ, установки оборудования должны быть очище­ ны

от

легковоспламеняющихся

материалов

требованиям

по

согласованию

проходить

заводской

пожарной

охраной.

Запрещается конструкций

сосудов,

до

сварка: полного

аппаратов,

каций, находящихся точным

давлением,

токсичными

высыхания

трубопроводов

краски;

коммуни­

под напряжением, заполненных

избы­

горючими

и

материалами.

Вблизи должны

свежеокрашенных

хранилища

быть размещены

карбида средства

кальция пожароту­

шения (сухой песок, углекислотные огнетуши­ тели,

тетрахлорные

шители).

Места

или

порошковые

хранения

карбида

огнету­

кальция

необходимо снабдить хорошо видимыми пла­ катами следующего

содержания:

«Не исполь­

зовать воду для тушения пожара», «Для откры­

тия

барабанов

инструменты»

использовать

неискрящиеся

и т.д.

18.1.8.

18

предварительные

сварщиков.

медицинские

К самостоятельным

работам

~5 м допускаются сварщики

ос­

на высоте

разр., обследо­

III

ванные медицинской комиссией и не имеющие противопоказаний

терапевта,

окулиста и отоларинголога.

невропатолога,

Особое внимание

обращается на состояние вестибулярного аппа­ рата.

Женщины-сварщицы

сварке

в

закрытых

не допускаются

емкостях,

(башнях, мачтах) высотой

на

к

сооружениях

м, к верхолаз­

>10

ным работам, а также к плазменной сварке и резке.

В

период беременности

и

кормления

детей женщины должны переводиться на рабо­ ту, не связанную с процессами сварки.

Сварщики должны иметь онную ниже

группу

по

технике

квалификаци­

безопасности

не

11.

18.1.9. СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ (СИЗ)

Выбор спецодежды, спецобуви, СИЗ ор­ ганов дыхания (СИЗ ОД), глаз и головы про во­ дят исходя из методов сварки, условий труда, наличия опасных и вредных производственных

факторов. для правильного и быстрого выбора СИЗ они снабжаются эмблемами (рис. То

-

от открытого огня; Т р -

18.2):

от искр, брызг

расплавленного металла, окалины; Ти - от теп­ лового излучения; Т n -

от контакта с нагреты­

100 400 ос );

ми поверхностями (Т n

от

ТП

ТН

400 -

от

100

до

40

до

100

ОС;

от понижен­

-

ных температур воздуха. Более подробное опи­

сание СИЗ можно найти в литературе. При работах на открытом воздухе и в не­ отапливаемых года

помещениях

сварщикам

должна

в

холодное

выдаваться

время

одежда

в

комплекте с утепленными прокладками в зави­ симости

от

климатических

зон,

а для

защиты

от соприкосновения с влажной, холодной зем­ лей, снегом

-

подстилки, наколенники из огне­

стойких материалов с эластичной прослойкой.

ПЕРСОНАЛ

для

к работам по сварке и резке допускаются лица не моложе

аттестации

мотры.

в

можно проводить только

с

Правил

При поступлении на работу сварщики обязаны

радиусе ~5 м. Сварочные работы вне производ­ ственного помещения

413

лет, имеющие квалифика­

защиты

рук

используются

брезентовые

рукавицы по ГОСТ 12.4.010-75', то же с кра­ гами, а также рабочие рукавицы из спилка с

инструк­

крагами и без них. Для защиты ног использу­

таж и про верка знаний по охране труда прово­

ются полусапоги и юфтевые сапоги с укоро­

дятся не реже одного раза в квартал.

ченными

ционное

удостоверение.

Сварщики,

Повторный

выполняющие

работы по из­

голенищами,

а

также

специальная

обувь, при этом запрещается работать в обуви

готовлению, монтажу и ремонту объектов кот­

с открытой шнуровкой или

лонадзора,

гвоздями в подошве. При сварке, выполняемой

газового

надзора

и

подъемных

со-

металлическими

Глава 18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

414

Рис.

18.2.

Эмблемы СИЗ

сидя, на коленях или лежа, в условиях повы­

дыхания воздух должен быть очищен от вред­

шенной опасности поражения электрическим

ных примесей и иметь температуру

15...20 ос.

током при отсутствии автоматического отклю­ чения

напряжения

холостого

хода,

а

также

в

особо опасных помещениях сварщики кроме

18.1.10. ТРЕБОВАНИЯ

ЗАЩИТЫ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

спецодежды должны быть обеспечены диэлек­

При работе сварочных цехов загрязнение

трическими перчатками и ковриками.

Защитные щитки для электросварщиков

окружающей среды происходит главным обра­

изготовляются по ГОСТ 12.4.035-78', а свето­

зом в результате выбросов в атмосферу венти­

фильтры выбираются по табл.

ляционного воздуха и сточных вод в водоемы.

18.6.

Очки для защиты глаз (ГОСТ

12.4.013-85)

Кроме того,

имеют место загрязнение

окру­

при газовой и лазерной сварке и резке и вспо­

жающей среды твердыми отходами, действие

могательных работах при электросварке выби­

шума и другие вредные факторы.

раются табл.

по

18.8.

табл.

светофильтры

18.7,

Марки стекол для противолазерных

очков приведены в табл. ганов

по

-

слуха

должны

18.9.

Для защиты ор­

применяться

противошу­

мовые наушники и вкладыши «Берушю>. СИЗ ОД сварщиков применяются

Выбросы в атмосферу. Воздух, выбрасы­

ваемый в атмосферу из систем общеобменной и местной

вентиляции

а оставшееся

в тех

сварочных

цехов,

со­

держащий ВВ, следует, как правило, очищать, количество

-

рассеивать в атмо­

сфере. В соответствии с ОНД-86 концентрации

случаях, когда общеобменная и местная венти­

ВВ в атмосфере от вентиляционных выбросов с

ляции

учетом фоновых концентраций от других вы­

не

обеспечивают

требуемую

чистоту

воздуха в РЗ; чаще всего это сварка в полу­ замкнутых

и

замкнутых

конструкциях.

Они

бросов не должны превышать: предельно

допустимых

максимально

подразделяются на фильтрующие и изолирую­

разовых концентраций (ПДК) ВВ в атмосферном

щие. Фильтрующие должны применяться

воздухе населенных пунктов (см. табл.

повышенной условиях

при

объемной доле ВВ в воздухе

достаточного

ния кислорода (~18

для

дыхания

в

содержа­

-

помещений

18.2);

ПДК ВВ дЛЯ РЗ производственных (ПДК рз по табл.

18.2)

в воздухе,

при

поступающем

или

ные (воздухозаборные) устройства вентиляци­

невозможности обеспечить защиту фильтрую­

онных систем, а также окна и проемы, исполь­

щими СИЗ од,

зуемые для притока воздуха.

недостаточном

%),

а изолирующие

0,3

содержании

кислорода

причем подаваемый в

зону

в

эти

помещения

через

прием­

18.6. Светофильтры,

рекомендуемые при ДYn>BWX методах сварки

Сила ток&, А

Способ сварки

12·

Дуговая металлическим электродом

Дуговая тяжелых металлов металлическими электродами в инертных газах

Дуговая легких сплавов металлическим элек-

Дуговая вольфрамовым электродом в "нертных газах

Дуговая металлическимэлектродом в СО2

80ЗДУШНО-ДУГОвая

Ш. С-3 '

С-4'

12. '

10 .

С-З'

С-5' поверхностная

резка,

JQ.

JQ. С-5'

12·

С-4'

60. С:-5'

С-6'

50. С:-5'

С-6'

2.2.

150.

Ш!.

22.

275. С-7 '

350.

600.

700 .

С-8'

С-9'

С·Ю'

100. '

200.

350.

500 .

С-7

С-8'

С-9'

с-ю'

150. '

900 C·ll 700. C-ll '

275.

350.

600.

800

С-6'

С-7'

С-8

С-9'

с-ю'

С-II'

С-12

Ш·

40. С:-6 '

80. с;:,'

100.

175.

275.

С·8'

С-9'

с-ю'

300. C-ll'

С-5'

900 C-12

400. C-12'

600 C-13

30. 60 . 100 . 150 . 175 . 300 . 400 . 600 . 700 . 900 ё-Т" C-I,C-2' С-2,С-3' С-3,С-4' С-4,С-5' С-5,С-6' С-6,С-7' С-7,С-8' С-8,С-9' С-9 30 .

ПЛазменная

строжка и наплавка

С-4'

С·4

тродом В инертных газах

JQ.

'

С-3

/ Тип светофильтра

500 . С-11'

50. С:-6'

100.

175.

300 .

350.

500.

700.

900

С-?'

С·8'

С-9'

с-ю'

С-11'

С-12'

C-lЗ

700 . C-12'

C-lЗ

900

Примечанне. для вспомогательных рабочих при электросварке в цехахдоJlжны применятьеи светофильтры

8-1, 8-2

н В-3.

Глава

416

18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

18.7. Защитиые Условия труда

очки (ЗО)

Назначение

Рекомендуемые типы

30

Газовая сварка и резка

Открытые 02-76 со светофильтрами В-1 (для

на

открытых площад-

работы на открытых площадках и ДЛЯ вспо-

ках при ярком солнеч-

могательных рабочих при сварке в цехах) и

ном

В-2 (ДЛЯ вспомогательных рабочих при ду-

освещении, вспо-

говой сварке в цехах)

могательные работы в Защита глаз спереди и

цехах

с

яркости

Газовая сварка и рез-

работы сварке

чений и мелких твер-

дуговой

при на

видимого

света, ИК и УФ-излу-

вспомогательные

ка,

боков от слепящей

со светофильтрами В-1 и В-2

ЗН8-72 со светофильтрами Г-1 С-1

-

Г-3 или

С-4

-

значения Г и В: ОД2-72 (Г-1

площадках

Контроль

002

Закрытые с непрямой вентиляцией ЗН5- 72 и

Открытые двойные со светофильтрами обо-

дых частиц

открытых

Откидные

-

Г-3), ОД2-72

(В-1) за

Закрытые с непрямой вентиляцией и регу-

ходом

лируемой перемычкой ЗНР1 со светофильт-

автоматизированного

рами С-4

процесса

Газовая сварка и резка

-

С-9

То же, при чередую-

Закрытые с непрямой вентиляцией двойные

щемся их воздействии

ЗНД2-72 со светофильтрами В-1 и В-2

Защита глаз от рассе-

диффузно

янного, отраженного

Лазерная

сварка

и

и

слу-

чайного

попадания

прямого

излучения

Закрытые с непрямой вентиляцией

ЗН-22-72-СЗС-22

лазеров

резка

Защита глаз от рассеянного,

зеркально

отраженного

излуче-

Двойные с непрямой вентиляцией

ЗНД4-72-СЗС-22-0С-23-1

ния лазеров

18.8. Светофильтры Светофильтр

Расход ацетилена при сварке, Л/Ч

Расход кислорода при резке, Л/Ч

С-1

~70

<900

С-2

70 ...200

900 ... 2000

С-3

200... 800

2000 .. .4000

С-4

~800

4000 ... 8000

18.9. Марки Длина волны, мкм

Марка стекла

стекол, рекомеидуемые для использования в противолазерных очках

0,48 ...0,51

0,53

ОС-12',

ОС-12,

ОС-В,

ОС-В,

ОС-23-1

ОС-23-21

• Оранжевое стекло . .. Сине-зеленое стекло. 0.0

для газовой сварки и резки

Бесцветное стекло.

0,69

0,84

СЗС-21",

СЗС-21,

СЗС-22

СЗС-22

1,06

1,54

СЗС-21,

СЗС-24,

СЗС-22,

СЗС-25,

СЗС-24

СЗС-26

10,6 БС-15'"

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

Для каждого

мосферы

на

предельно

источника

предприятии

допустимые

загрязнения

417 18.10.

ат­

Расход воды

устанавливаются

выбросы

(ПДВ,

Расход воды,

мг/с,

м 3 fч на

Сварочное оборудование

т/год) ВВ из условия, чтобы выбросы с учетом

ед.оборудования

их рассеяния в атмосфере не создавали повы­ шенных концентраций в жилой застройке. Рас­ чет ПДВ ведут в соответствии

- измерением течение 20 мин в среднем контроль

Сточные предприятия

воды.

входят

В

с ОНД-86,

концентраций

ВВ

Машина:

а

-

состав

сточных

производственные

630 кВ·

вод сточ­

-

бытовые

стоки,

атмосферные,

многоэлектродной с

обра­

территории предприятия.

вод

от

загрязнения

сточными

-

водами.

(>400),

48

5,0

до

96

10,0

КС (клещи со

0,6

встроенными

Этими правилами установлены ПДК (мг/л) для

большого количества ВВ

до

Роботы:

проводится С учетом Правил охраны поверхно­ стных

1,2

А

числом электродов:

зующиеся в результате смыва загрязнений на

Расчет допустимого состава сточных вод

0,8

кВ· А

200

за сутки, месяц, год.

ные воды (в результате технологического про­

цесса),

КС мощностью:

в

трансформаторами)

состав и свой­

-

ства воды водоемов, куда сбрасываются сточ­

силе тока

ные воды (запах, цвет, значение показателя рН,

0,1

дуговой сварки при

>500 А

наличие возбудителей заболеваний и др.). Пра­ вилами

запрещается

сточные

воды,

сбрасывать

содержащие

в

водоемы

вещества,

для

ко­

торых не установлены ПДК; с содержанием ценных

отходов,

вать, а также

-

которые

можно

более

рациональную

безводные

процессы

и

технологию,

системы

оборотного

В

оборудования

определяется

паспортных данных или по табл.

из

его

сварочного

электродов,

производства шлак,

являются:

окалина,

проектируют

минимальных

отходов

с

учетом

на основных

являются

для

с

НРБ-99

населения

допустимая

при

внешнем

облучении (гамма- и рентгеноскопия сварных швов) составляет 0,1 мкР/ч. уровни

шума для жилой и

общественной застройки приведены в санитар­ ных нормах СН

2.2.4/2.1.8.562-96.

В частности,

остатки

цеха не должен превышать допустимых уров­

ней

получения и вспомо­

гательных операциях.

Выбор необходимых мероприятий по ме­

звука

L A = 50 дБА

на

(с

территории

7 до 23

ч) и

жилой

40 дБА

(с

застройки

23

до

7 ч).

Допустимые уровни инфразвука в октав­

сварочных материалов и др. Технологические процессы

среды

шум систем вытяжной вентиляции сварочного

18.10.

Твердые отходы и их утилизация. Такими огарки

дозы

Допустимые

Расход воды (м 3 /ч) для охлаждения сва­

отходами

соответствии

мошность

водоснабжения. рочного

окружающей

ионизирующие излучения, шум и инфразвук.

утилизиро­

если можно избежать сброса,

используя

Энергетические загрязнения. Такими за­ грязнениями

ных полосах со среднегеометрическими часто­

тами

2, 4, 8, 16

Гц на территории

жилой за­

стройки должны быть соответственно не более

90, 85, 80, 75

дБ.

ханизации уборки и транспортированию отхо­ дов необходимо проводить в зависимости от вида отходов и их количества.

Неиспользованные сортировывают

отходы

обычно

рас­

Хранят твердые

отходы в специальных контейнерах. Утилизируют

неиспользованные

производстве

металлургии.

14 - 10498

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

18.2.1.

ВЕНТИЛЯЦИЯ

по маркам сварочных материа­

лов и габаритным размерам.

рочном

18.2.

отходы,

в

используя

сва­ их

Общеобменная вентиляция. Расход при­

точного воздуха L np (м 3 /ч) общеобменной вен­ тиляции определяется по формуле

в

L np = L Mo + L. blT,

Глава

418

18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

где

L MO и L. blT - расходы воздуха, удаляемые из помещения местными отсосами (см. ниже) и

твв =

1000nZM[здесь ZM - выделения ВВ (г/ч)

на одну машину;

вытяжной вентиляцией,

твв =

-

в зависимости

териалов

твв =

и

от расходуемых

про водимых

1000mZ.

[здесь т

дуемого

сварочного

валовые

выделения

работ:

-

при

сварке

расхо­

(г/кг)];

час;

вытяжном (q.ыт

соответ­

q.blT -

>

(qnp :-::; 0,3

ПДК) и

qрз). Последняя определяется

менной вытяжной вентиляцией, а рутся из работы

КС

18.11. Валовые

Z,

и

ZM

бе­

[1].

выделении ВВ Укрупненные удельные показатели,

г/кг сварочного материала Технологические процессы пьmь

оксид

оксиды

углерода

азота

2,7

0,06

Автоматическая и механизированная сварка:

-

плавящимся электродом в углекислом газе

-

под слоем флюса

10,5

-

стали под керамическими флюсами

20,1

11%

Ручная электродуговая сварка:

-

электродами

рудно-кислого типа (марганцовое

по-

крытие)

-

электродами

рутилового

или

рутилкарбонатного

типа

12,4

электродами с фтористо-кальциевым покрытием

12,4

-

порошковой проволокой

10,0

на

его

основе

плавящимися

электродами в аргоне

4,7

Электрошлаковаясварка

5,5 1 кг

ацетилена)

Наплавка стали

Металлизация стали цинком (на

22,0 15,0

ПЛазменное напыление алюминия (на

1 кг порошка)

1 кг проволоки)

-

17,8

Сварка титановых сплавов

Газовая сварка сталей (на

1,8

10,0

-

Сварка алюминия и сплавов

=

в зависимости от места удаления ВВ общеоб­

Z. -

при

И

qnp

= ПДК); приточном воздухе

ма­

масса (кг)

материала в ВВ

18.11

сварочных

ВВ, г/м); qрз,

ственно концентрации ВВ в РЗ, мг/м 3 (qрз

масса каждого из ВВ, поступающих

в помещение (мг/ч), определяемая по табл.

их количество]; при резке

1000/Z, (здесь / - длина реза, м/ч; Z, -

выделения где твв

n-

77,5 96,0

-

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

1.

При удалении

воздуха за пределами

q.bIT = qпр + К• (ПДК - qпр), при

подаче

помещение горизонтальными

1,85

воздуха

на высоте

4

в

струями;

для приколонной подачи в РЗ и

1,65 ... 1,25 ... 1,4

м. Большие значения К• следует

принимать для кратности воздухообмена по­ рядка трех, а меньшие

-

десяти.

При удалении воздуха из РЗ

2.

L пр = твв

q.bIT =

qрз

При удалении воздуха из верхней зо­

3.

ны помещения и отсутствии местной вентиля­

цИИ

(L MO =

/

[Кz(qрз

Значения К• здесь те же, что и в первом случае.

При одновременном выделении в воздух РЗ нескольких ВВ однонаправленного дейст­ вия (оксидов азота и марганца и др.) общеоб­ менную

вентиляцию

следует

рассчитывать

суммированием расходов воздуха, необходи­ мых для разбавления каждого ВВ в отдельно­ сти до его ПДК с учетом загрязнения приточ­ ного воздуха. При этом допустимыми нужно

Местная

вытяжная

вентиляция.

расположенные таким образом, чтобы свароч­ ная пыль и газы отклонялись от лица сварщика.

Для оценки эффективности МО используется

величина 'IlMO = тМО / твв, где тМО - количе­ ство ВВ, удаляемых МО. Необходимо, чтобы

Оставшееся количество ВВ должно

разбавляться до ПДК общеобменной вентиля­ цией.

где

Расход воздуха, м 3/ч, удаляемого МО

Fo -

=

3600Fo v o,

площадь всасывающего отверстия

отсоса, м 2 ; V o - скорость воздуха в этом отвер­ стии, м/с.

Площадь

Fo

и его форму выбирают И3

конструктивных соображений в зависимости от

вида сварки или резки, используемого обору­ дования и т.д. Скорость V o находится из усло­ вий обеспечения заданной скорости воздуха V х

в зоне сварки или резки на расстоянии х (в м) от центра всасывающего отверстия.

Величина V x должна быть (м/с): при ручной сварке ;:::0,5;

отвечают формуле

при сварке в углекислом газе при сварке в инертных газах

При одновременном выделении несколь­

ВВ,

не

обладающих

однонаправленным

действием, проектный расход воздуха следует принимать

по

тому

веществу,

для

которого

требуется подача наибольшего объема чистого воздуха.

при газовой и плазменной резке тита­ соответственно при магниевых

сталей

ном

на

несварочные

защитных

газах,

а

участки

также

-

там,

при где

сварке

мещения

-

При

в

верхнюю

мовых электродов

по­

;:::1,3; вольфра­

;:::1,3.

для МО простейшей формы скорость V o для круглых и квадратных отверстий

без экрана

плазменной

обработке

металлов

2/3

то же, с экраном

В03­

духа следует удалять из нижней зоны помеще­

1/3

алюминиево­

в остальных случаях.

сжиженными газами и отсутствии МО

ний и

резке

высоколегированных

определяют по следующим формулам:

зону

и

при заточке торированных

вентиляция осуществляется МО; сосредоточенно

плазменной сплавов

при плазменном напылении

в

вытяжная

-

;:::1,0 и 1,4;

;:::1,8;

Раздачу приточного воздуха нужно осу­ рассеянно в РЗ помещений, в основ­

$0,5; $0,3;

новых сплавов и низколегированных сталей

ществлять:

-

Наи­

симально приближенные к источнику вв и

принимать такие концентрации С ВВ, которые

ких

и

большее распространение получили МО, мак­

L

qпр)].

-

проветриванием

значений минимального расхода.

О)

L пр = твв

естественным

'IlMO;::: 0,75.

qрз)·

/ (q.bIT -

с

число работающих) должна быть не менее этих

где коэффициент воздухообмена К• принима­

0,9 ... 1,1

щениях

60 м 3 /ч без него. Поэтому величина Lпр / N (N -

РЗ

ется равным

419

из верхней.

В соответствии со СНиП 2.04.05-91' ми­

нимальный расход приточного воздуха должен

быть 20...30 м 3/ч на одного человека в поме-

Vo =

где

d-

8vx (x/

di,

диаметр круглого отверстия или гид­

равлический диаметр для квадратного отвер­ стия, м;

Глава

420

для

18. БЕЗОПАСНОСТЬ

прямоугольного

ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

отверстия

щеле­

рис.

18.3,

0,5d и х < 0,5Ь дЛЯ определения

где приведены спектры относитель­

ных скоростей всасывания

= V х / V о·

V

на

плоскости

В этих случаях у о =

у о можно использовать графики, показанные на

крутлое и кольцевое отверстия; б, в

-

и

100 ух /

в

пространстве).

У.

Для щелевых и круглых отверстий, рас­ ностей,

уо

= 100у x/V\jI,

-

отверстия

где \jI см. на рис.

18.3, д. ~-_1iit:::l

I~

1c::5 111

J:::

z "t::s 11

..J::

2

О

3

о)

у/Ь

ч'

z)

1,8 1,6

1,4-

Z

О

1,0 Х/Ь

Z

Рис.

6

'r

8 X/h

О)

б)

18.3. Графики

для определеиия относительиой скорости всасываиия:

1

и

2-

сторон

положенных вблизи ограничивающих поверх­

100 % для

различных всасывающих отверстий (а и г

с соотношением

при горизонтальном расположении воз­

духовода

У о =6У х х/Ь.

При х <

щелевидной формы

1 : 1О

видной формы шириной Ь

щелевидное и круглое отверстия

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

Для ручной и механизированной мелких изделий

применяют

столы

(ССН-l, СI00 и др.) со встроенными МО, вы­ пускаемые

в

двух

вариантах:

вентилятором (рис.

18.4,

со

При м е р

сварки

сварочные

встроенным

а) и для присоедине­

ния к цеховой системе местной вытяжной вен­

421

воздуха,

На стационарных сварочных постах при­

ческой

воронки со

метром

d

18.4,

При сварке изделий длиной до пользуют

подъемно-поворотные

2... 3

м ис­

воздухопри­

отверстием диа­

При сварке в замкнутых объемах вытяжка воздуха осуществляется через гибкий шланг,

под

маску

сварщика,

равная

110...

где

18.5),

устанавливаемые

на

высоте

мм над поверхностью флюса. Расход

воздуха (м 3 /ч) L = 12VI , где 1 - сила свароч­ ного тока, А.

Схемы воздухоприемников, встроенных в горелки

при

механизированной

сварке в СО ъ показаны на рис.

18.6.

Побудите­

лями движения в МО при сварке в защитных чаще

'V = 1,1

при х / h =

всего являются

водокольцевые

куум-насосы типа ВВН.

ва­

относительная

скорость

1 (см. рис. 18.3, а), коэффици­ 1 (см. рис. 18.3, д). 3

Машины КС мощностью до

150

кВ

.

А

должны быть оборудованы МО, а машины с

непрерывным оплавлением мощностью При

150...

вытяжными шкафами-укрытиями.

ручной

и

машинной

термической

резке применяют раскроечные столы со встро­

енными секционными МО, расположенными с одной стороны при ширине стола до двух сторон

ширине

или внутри,

> 1,5

м.

Расход

1,5

м и с

вдоль оси стола,

удаляемого

при

воздуха

L = LjF (n вкл + О,lnоткл ), где L, - расход воз­ духа, удаляемого с 1 м 2 площади раскроечного стола; L, = 2500 м 3/ч - при газовой резке; L) = 4000 м 3 /ч - при плазменной резке; F площадь стола, обслуживаемого одной секцией

МО; n вкл и n откл -

число одновременно вклю­

ченных и отключенных секций МО.

й) Рнс.

по

Скорость

L = 3600·1,96· 10-3. 100·0,5/ (5·1,1) = 64 м /ч.

При сварке под флюсом применяют ще­ левидные воронкообразные воздухоприемники

сварочные

5 м/с при х / d

определяем

формулам.

=

=

воздуха

выше

v о = 1ооу х /v'V '

500 кВ . А -

140 л/мин.

м/с.

удаляемого

v

присоединенный к всасывающему воздуховоду

цеховой вытяжной системы. Возможна подача

мм. Допустимая скорость воздуха у

vх = 0,5

приведенным

ент

емники.

50

приемника х = Расход

1-

всасывающим

50 мм (Fo = 1,96 . 10·3 м 2 ) И располагаем его на высоте h = 50 мм над свариваемым изделием.

ход воздуха определяется из расчета 3300 м 3 /ч на 1 м 2 площади панели.

газах

расход

автоматической

=

точки сварки

(рис.

Определить

установки

сварки в СО 2 • Воздухоприемник выполнен в виде цилиндри­

б, в). Рас­

меняют вытяжные панели (рис.

40 ... 50

от

Расстояние по горизонтали от точки сварки до оси

тиляции.

воздуха

р а с ч е т а.

удаляемого

О)

18.4. Сварочные

нижняя всасывающая решетка;

2-

столы (а) н вытяжные панелн

поворотный козырек;

3-

(6):

наклонная панель равномерного всасывания

Глава 18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

422

~JZ

8ш} А

а) Рис.

18.5. 80здухоприемиики

при сварке под флюсом

18.2.2. ЗАЩИТА ОТ ВИБРАЦИЙ, ШУМА И УЛЬТРАЗВУКА

Защита от вибраций. Средства защиты от

2)

вибраций

делятся

на:

1)

коллективные;

индивидуальные. К коллективным относятся

средства, воздействующие на источник возбу­ ждения и снижающие вибрации на пути их распространения. Первые из них мическое

уравновешивание,

это: дина­

-

изменение

харак­

тера возмущающих воздействий, а также кон­ структивных элементов источника возбужде­ ния,

изменение частоты

колебаний с

целью

отстройки от резонанса. Ко вторым относятся средства виброизоляции, вибродемпфирования и динамического виброгашения, расчет кото­ рых приведены в справочной литературе.

Виброизоляция. Применяют пружинные, г)

8) Рис.

18.6. 80здухоприемиики

а и б

-

при сварке в СО 1 :

соответственно кольцевой симметричный и

асимметричный; в

-

коиический дырчатый;

г - конусно-щелевидный;

+--- - отсасывающий аэрозоль; +- - - - защитный газ

резиновые и комбинированные виброизолято­ ры.

Целью

является

расчета

определение

средств

виброизоляции

числа

типа

и

стандарт­

ных виброизоляторов (АКСС М, АКСС И, КВ и др.), виброизолирующих опор или числа и параметров пружин, резиновых прокладок для

снижения уровня виброскорости

Lv

, дБ, на

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

рабочих

местах

до

допустимой

12.1.012-90' величины L v

, доп

по

ГОСТ

Т.е. требуемое

снижение вибраций

423

Проверяется условие устойчивости пру­

жины

H od:5 5,1, где Но = (i - 0,5)d + i (h ш - ф­ высота ненагруженной пружины, м; h ш - шаг пружины, м; h ш =

D/4...D/2,

где

D -

диаметр

пружины, м.

Исходной предпосылкой для расчета яв­ ляется

необходимость

1/10 =

выполнения

условия

3.. .4, где 1 - частота колебаний возму­ if = n / 60, где n - частота

щающей силы, Гц

вращения машины, мин- 1 );

10 = .J к / т / (2тс) -

Вибродемпфироваиие. Наибольшее рас­ пространение получили ся

упруговязкими

шины, кг; К

-

-

масса ма­

суммарная жесткость виброизо­

параметрами

наносимого

материала: коэффициентом потерь т] и дина­

мическим модулем упругости Е.

собственная частота колебаний машины, уста­ новленной на виброизоляторы (т

вибродемпфирующие

покрытия, эффективность которых определяет­

В настоящее время применяются два типа вибродемпфирующих

покрытий:

жесткие

и

мягкие. К жестким относятся твердые пласт­

ляторов). Данное отношение частот соответст­

массы и мастики, действие которых обуслов­

вует оптимальной по коэффициенту передачи.

лено их деформациями в продольном направ­

Кп = [if / 10)2

лении (поверхности покрытия, параллельного

-

1]-1 И эксплуатационным ха­

рактеристикам виброизоляции. Снижение

уровня

металлической

виброскорости,

в дБ,

наносится).

поверхности, на которую оно

Динамический модуль упругости

этих материалов Е '" 109 н/м 2 . Акустический

при установке виброизоляторов

эффект в случае жестких покрытий обеспечи­ вается

При низкочастотных

неблагоприятных

вибрациях, а также

условиях эксплуатации

(на­

личие масел, кислот, щелочей и др.) рекомен­ дуется

использовать

частотной

вибрации

пружины,

-

а

при

высоко­

резиновые прокладки.

Во всех случаях необходимо обеспечить тре­

на

низких

(в среднем до

1000

и

средних

частотах

Гц). Действие мягких виб­

родемпфирующих покрытий, к которым отно­ сятся резина, некоторые мастики и пластмассы,

обусловлено главным образом деформациями покрытия

по

его

толщине,

быть не менее двух

-

которая

должна

пяти толщин металличе­

буемую статическую осадку (м) виброизолято-

ской поверхности. Величина Е у таких мате­

ров ХеТ = 0,25/ 102 .

риалов _107 Н/м 2 , а частотный диапазон их

Для резиновых прокладок требуемая вы­

сота прокладок

h = ХеТ Е/а,

где Е и а

-

дина­

мический модуль упругости и допустимая на­

ггузка на сжатие используемой резины, н/м • h должно отвечать условию h < nл/2, 2

Значение где л

- длина волны изолируемых колебаний,

м;n=1,2,3 ...

Площадь прокладки

N-

S

= 9,81m/(аМ, где

число прокладок (обычно четыре). Ширина

прокладки В = (1 .. .8)h. Расчет пружинного виброизолятора дится

к

пружины

d =

определению

d,

диаметра

сво­

проволоки

м, и числа витков

i по формулам 3 i = cfG/(64r q), где g =

= 16mgr/(тcRs), 9,81 м . с- 2 ; r - средний радиус пружины, м;

Rs -

допустимое напряжение на кручение (для

стали R s = 4,22 . 106 Па); G - модуль сдвига = 7,84 . 1010 Па); q - жесткость виброизоля­

(G

тора, Н/м.

применения

> 1000 Гц.

Снижение вибраций и шума, достигаемое при нанесении

вибродемпфирующего

тия, может быть ориентировочно

по формуле bl., =

20 Ig

покры­

определено

(Т]2/Т] 1), где Т]2 - коэф­

фициент потерь металлической поверхности с покрытием; т] 1 -

то же, поверхности без по­

крытия.

Коэффициент потерь Т]2 '" Еп (an/aMi/E M, где Еп , Ем

-

динамические модули упругости

соответственно покрытия и металла, н/м 2 ; а п , ам

-

толщина соответственно покрытия и ме­

талла, м.

Значения динамического модуля упруго­ сти

и

коэффициента

потерь

для

различных

вибродемпфирующих материалов приведены в

табл.

18.12.

При расчете по данным формулам

величины Ем и т] I для стали принимаются рав­

ными соответственно 2·1011 Н/м 2 И 10-3.

Глава 18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

424

18.12. Характеристики вибродемпфирующих материалов Динамический

Плотность, кг/м 3

Матернал

Частотный диапазон

Коэффициент

модуль упругости

Е п , н/м 2

потерь т)

эффективности снижения шума, Гц

Мастики: -ВД-17-58

1860

6· 108

0,44

-ВД-17-59

1760

8,2· 108

0,3

-ВД-17-63

1700

3,9· 109

0,23

Антивибрит-2

1500

3. 109

0,44

Антивибрит-5М

1600

2,4· 109

0,25

Випонит

1200

1,2· 108

0,5

Агат

1400

109

0,33

-615

530

1,8· 106

0,27

-922

70

3·106

0,35

-1002

750

107

0,6

До

1000

Резина марок:

Динамическое ние

вибраций

виброгашение.

достигается

Сниже­

устройством

мас­

Средства звукоизоляции. К средствам звукоизоляции (рис.

сивных фундаментов (оснований) для машин с

лирующие

высокочастотным

кабины

спектром вибраций. На ин­

дивидуальные виброгасящие фундаменты шины

устанавливают

СНиП

2-02-05-87

согласно

ма­

требованиям

«Фундаменты машин с ди­

намическими нагрузками. Нормы проектиро­ вания». Методика расчета таких фундаментов опубликована. Средства защиты от шума подразделяют­ ся на коллективные и индивидуальные (СИЗ).

Из первых наиболее часто используют средства

18.7)

относятся звукоизо­

1,

звукоизолирующие

ограждения

и пульты

рующие кожухи

3

управления

2,

звукоизоли­

и акустические экраны

зить интенсивность прямого звука на рабочих местах.

Звукоизолирующие

ограждения

коизоляцией

R

(дБ) воздушного шума. Требуе­

мая звукоизоляция Rтp (дБ) ограждения смеж­ ных

Rтp

помещений

= Lш -

L доп

определяется

позволяюшего

определить

в

стадии

звукового

давления (УЗД) в расчетных точках при из­ вестных источниках шума (ИШ) и их шумовых характеристиках, или измерений шума (в усло­ виях эксплуатации). Требуемое снижение шу­

ма, дБ, Мтр =

L -

L доп , где

L -

рассчитанные

или измеренные УЗД; L доп - допустимые УЗД.

Методика акустического расчета известна из литературы.

Рис.

как

+ 1О 19 Sorp - 1О Ig Еи , где L ш -

шума проводится на основании акустического

проектирования ожидаемые уровни

(стены,

перекрытия, окна и т.д.) характеризуются зву­

шума.

расчета,

4.

Их применяют, когда нужно существенно сни­

звукоизоляции, звукопоглощения и глушители

Разработка или выбор средств защиты от

>1000

18.7. Средства

звукоизоляции

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

измеренный или рассчитанный УЗД в шумном

ного

помещении; L доп -

R.ож.тр =

допустимый УЗД в изоли­

руемом помещении, дБ; В и -

постоянная изо­

425

кожуха

Sorp -

2

ния, м .

Расчет

и

звукоизоли­

рующих ограждений проводят с учетом Rтp. Возможны

1)

два

пути

использование

этой

задачи:

экспериментальных

данных

по звукоизоляции стандартных

решения

ограждений

Звукоизолирующие

кожухи

облицована

18.13.

изготовляют

звукопоглощающим

кабины

используют

= Lш

-

L доп , где L ш - октавный УЗД на

Требуемую звукоизоляцию

R,-ro

элемен­

та кабины (стеной, окном, дверью) определяют по формуле

Rтр;=L ш -101gВ.+ 10 19SгLдоп

+ 101gn,

2

где В. - постоянная кабины, м ; S; - площадь

i-ro

элемента кабины, через который шум про­

никает в кабину, м 2 ; n - число одинаковых элементов, например окон.

Реверберационные коэффнцненты звукопоглощения аобл Толщина,

конструкция

мм

плиты

<<Акмигран», «Акминит»

Минераловатная

R.аб.тр

материала

Звукопоглощающая

Акустические

Звукоизолирующие

дБ.

плотность

материалом (ЗПМ). Для сплошного герметич-

10

можно

допустимый УЗД на рабочих местах в кабинах,

Внутренняя поверхность стенок кожуха долж­

(lобл на среднегеометрических частотах октавных полос, Гц

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

20

0,02

0,11

0,3

0,85

0,9

0,78

0,72

0,59

60

0,1

0,31

0,7

0,95

0,69

0,59

0,5

0,3

100

0,3

0,66

1,0

1,0

1,0

0,96

0,7

0,55

50

0,06

0,2

0,5

0,82

0,9

плита,

33-100,

гип-

перфорированная с

кожухов

рабочем месте установки кабины, дБ; L доп -

из стали, дюралюминия и других материалов.

плита

звукоизоляции

щениях. Требуемое снижение шума кабиной

f - частота звука, Гц.

совая

Расчет

найти в справочниках.

управления или рабочих мест в шумных поме­

ограждения, кг/м 2 (т = ph, где р - плотность материала, кг/м 3 ; h - толщина ограждения, м);

стеклоткань

ЗПМ

(табл.18.13).

в соответствии со

2) расчетное

определение R.

поверхностная

быть

коэффициент

используемого

для размещения в них пультов дистанционного

R = 20 19 mf- 47,5,

на

реверберационный

-

частотах

го ограждения используют формулу

-

аобл

звукопоглощения

~ Rтp на

II -12-77

т

где

R.ож.тр - 1О 19 аобл,

Rorp

Для приближенных расчетов однослойно­

где

звукоизоляция

среднегеометрических

октавных полос;

СНиП

R=

площадь огражде­

проектирование

требуемая

коизоляции стенок кожуха (дБ):

лируемого помещения (м 2 ), определяемая по справочным данным;

его

L доп обеспечивается за счет зву­

L -

отверстиями

мм (коэффициент пер-

форации

13 %)

Супертонкое

стеклово-

локно с тем же защитным покрытием

Супертонкое базальтовое волокно,

33-100,

стеклоткань

металлический

перфорированный (коэффициент

ции

27 %)

0,92

лист

перфора-

0,64

100

0,22

0,51

0,73

0,8

0,88

0,85

г----

0,84

Глава 18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

426

Акустические

экраны

чаще

всего

изго­

товляют плоской и U-образной формы из ме­ таллических листов толщиной

1... 2

мм с обя­

зательной облицовкой слоем ЗПМ поверхно­

сти, обращенной к ИШ. Эффективность экра­ нирования тем выше, чем больше соотношение ширины и высоты экранов и длиной звуковой

волны л. = с / f, м (с - скорость звука в воздухе, с =

340

м!с), поэтому их целесообразно приме­

иять для снижения средне- и высокочастотного

шума. Методика расчета акустических экранов

опубликована. Средства звукопоглощения. Это звуко­ поглощающие облицовки и штучные звукопо­ глотители, устанавливаемые в помещении при

его акустической обработке. Снижение УЗД в помешении для рабочих мест, находящихся в зоне отраженного звука, определяют по фор-

муле М =

10 19 [B1\jI(B\jIt)], дБ, где В и

\jI -

Рис.

18.8.

Звукоизолирующая кабииа

постоянная помещения и коэффициент до аку­

стической обработки; В I И \jI1 - то же, после

обработки. . Примеияют

звукопоглощающие

Глушители шума. Для снижения шума вентиляторных

и

компрессорных

установок

облицовки в виде акустических плит «<Акми­

применяют глушители абсорбционного типа

гран»,

трубчатые,

«Акминит»

и

др.)

и

слоев

пористо­

пластинчатые,

-

цилиндрические

волокиистых материалов (стеклянного или ба­

(рис.

зальтового супертонкого волокна, минеральной

ют

ваты и др.) в защитной оболочке из стеклоткани

воздуховодов, допустимой скорости воздушно­

типа

го

Э3-100

с

перфорированным

покрытием

\8.9).

в

Конструкции глушителей подбира­

зависимости

потока,

от

требуемого

поперечных

снижения

размеров

УЗД.

для

(металлическим, гипсовым и др.). Ревербераци­

уменьшения шума систем сброса сжатого воз­

онные коэффициенты звукопоглощения С1.обл для

духа используют глушители с пористыми эле­

некоторых конструкций даны в табл.

ментами.

\8.\3.

Для снижения шума рабочее место опера­ тора установки термической резки необходимо

ограждать ном,

кабины

изготовляют

металлического листа

из

рис.

\8.8.

2

мм со

толщиной

мм, расположенной с внешней и внутренней

сторон кабины и закрытой слоем стеклоткани

типа Э3-\

00

ским листом

и перфорированным

3

толщиной

циент перфорации

~20

\".\ ,5

%).

тоты источников ультразвука;

оборудование,

сплошного

1 толщиной 1,5.,,2

звукопоглощающей облицовкой

50

повышать номинальные рабочие час­

звукоизолирующей кабиной-экра­

схема которой показана на

Стенку

Для защиты от ультразвука при распро­ странении его по воздуху необходимо:

металличе­ мм (коэффи­

Возможна также

звук,

заключать в

излучающее

ультра­

звукоизолирующие кожухи,

выполненные из стального листа или дюралю­

миния толщиной

0,7".\

мм с обклейкой внут­

ренней поверхности кожуха резиной, тонким

(5.,,10

мм) слоем ЗПМ.

таких кожухов ние

50".70

эластичных

установка акустических экранов плоской фор­

двух-трех

мы между машиной термической резки и рабо­

4".5

слоев

Эффект установки

дБ. Возможно примене­

кожухов,

резины

изготовленных из

общей

толщиной

мм;

В этом случае экраны следует

между работающими и оборудовани­

применять только в сочетании со звукопогло­

ем, рабочими органами устанавливать экраны

щающей облицовкой помещения.

из прозрачных материалов;

чим местом.

для снижения шума в помещении цеха

размещать ультразвуковое оборудо­

сварочные трансформаторы, вращающиеся ге­

вание в

нераторы, многопостовые генераторы необхо­

выгородках,

специальных помещениях, кабинах,

димо звукоизолировать либо вынести их за пре­

ленных мер невозможно или не дает необхо­

делы рабочего места, участка или помещения.

димой защиты.

если

применение

вышеперечис­

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

2

J

/

427

/

~ в

ьл -

-~

~ 'v Рис.

J-

18.9. Трубчатый

перфорированный лист;

2-

глушитель шума:

звукопоглощающий материал;

При контактном действии ультразвука на руки защиту обеспечивают средства виброизо­

мы), прямоугольник И двухпроводную линию (подвесные точечные машины).

ляции (пористая резина, резиновые перчатки и т.д.).

корпус

3-

Распределение

напряженности

осям источника (рис.

18.1 О)

МП

описывается

по

вы­

ражением

(18.1 )

18.2.3. ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ (ЭМП), ИЗЛУЧЕНИЙ

Защита от ЭМП. Защита работающих от воздействия МП частотой

50

Гц, создаваемых

машинами контактной сварки, достигается: экранированием

рабочего

места,

источника

снижающим

поля

или

напряженность места от источ­

где величина

напряженно­

сти не превышает допустимых уровней (<<За­ щита расстоянием»); работающих

времени

пребывания

в МП повышенной

напряженно­

сти (<<Защита временем»); автоматизацией

наибольший размер источника, являющий­

ся

для

круга

-

линии

технологического

применения

-

ков на рис.

18.1 О

защитных

1= z /

а, где х, у,

z-

В расчете принимается (по рекомендаци­ МП

текущие координаты по

0,1

на как Н =

1/

женность

МП,

р а с ч е т а. создаваемого

75-15

на расстоянии

Максимальный

1 = 14 100 А источника

-

ток

зок конечной длины (стыковая

сварка труб),

круг (стыковая сварка изделий замкнутой фор-

0,125; 0,25; 0,5

короткого

и

замыкания

незамкнyrый с одной стороны прямо­

угольник со сторонами 2а = 0,5 м и 2Ь = 0,22 м при

= ь / а = 0,5.

отношении у

точечной, рельефной и шовной сварки), отре­

напря-

точечной

(из описания машины). Принятая форма

точек соответственно равны

машины

Рассчитать машиной

м от электродов, и определить необходимость за­

роны

(стационарные

м от него, напряжен­

а.

При м е р

представляет собой незамкнутый с одной сто­ прямоугольник

в

= х / а; n = у / а,

ность МП может быть приближенно определе­

щиты.

ям Харьковского НИИ гигиены труда и проф­

типа источников

Для точек, расположенных в плоскости

рабочих местах и сравнении ее с допустимыми

18.4).

его полови­

-

оси.

1

источник

-

и описывающая распределе­

зависимости от отношений т

сварки МТП

что

прямоугольника

величина, определяемая из графи­

ние МП дЛЯ конкретного

вании расчета напряженности Н (А/м) МП на

Украина),

1,41;

половиной расстояния между провод­

средств и мероприятий определяется на осно­

заболеваний,

радиусом,

витка на расстоянии

процесса, дистанционным управлением обору­

уровнями (см. табл.

-

никами, отрезка конечной длины

дованием.

Необходимость

максимальный ток сварки, А; kф =

ной;f(т)

удалением рабочего

ограничением

1-

-

половиной большей стороны, двухпроводной

МП до допустимого уровня; ника на расстояние,

где а

т = х

/

Величины х для заданных

0,375; 0,5; 0,75; 1,25 м, а 1,5; 2; 3; 5. Из

а составляют соответственно

графика на рис. 18.10 находим точек при у =

j(m)

для заданных

0,5; 0,14; 0,04; 0,01; 0,004.

Глава 18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

428

11т

н

!J I

]

\

., . :\ , х

\.

х

m

n

,"'.

~

"\'

~

10 "

'"г"\..

\ (""

1"

10

\

L

~

10

г""': t--...

.......

""........

1 3 4 5 m,l

о

2 J

"1"

45 ffl,l

о

z

4- 5

J

д)

т,

L

е)

18.10. Схема источиика МП (а) и графики распределеиия иапряжеииости МП, создаваемого: б - тремя взаимио-перпеидикулярными отрезками; в - витком прямоугольной формы; г - круговым витком; д - двухпроводной линией; е - отрезком конечной длины

По формуле

(18.1)

определяем амплитудное

значение напряженности Н в точках, которое соот­ ветственно равно Допустимое

1400

А/м при

11 133; 3180; 795; 318

условии тока синусоидальной формы (kф = значение

Н = НДОП ' Из формулы

(l8.1)f(m) = 1400·0,25/ (14100· 1,41) = 0,0176; из рис. 18.10, б т = 2,6. Сле­ довательно, при х = 2,6 . 0,25 = 0,65 м от центра ис­ точника или 0,4 м от электродов напряженность МП не превышает допустимых уровней.

экранирования

(дБ)

20 19 (Н / Ндоп ) можно обеспечить, устано­ плоские

или

d,

цилиндрические

металличе­

ские (чаще всего стальные) экраны, толщина

м, может быть определена по фор­

муле

d = (lоЭ/20 - 1) 2rэ /Ilr.

напряженности

А/м для восьмичасового рабочего дня.

Эффективность

которых

1,41).

Определим расстояние от электродов до точки, где

вив

I\.

1'-

r-....

г)

Э=

в)

\ l.-L !'. ~

~

Н =

-

4 5 n,m,L

1 J

1

IHIIO- 1

1.....

Рис.

........ ~

m

L

' \.\-

о

о

п.т

т

\

10

5

б)

IHIIO- 1

'\

lf

", " 1\. "

1"-.

~

'1 J

~ ~L

.....

г"": ~ "-

}ь

г=1

т.л

..... " а)

--

\

\\.

10

-Г=О,15

- Г=О.25 -- r =1

':l

где rэ

-

1/ 2 для

r для

характерный размер экрана, м, равный

прямоугольного экрана шириной

цилиндрического радиуса

r,

м;

Ilr -

1, м,

и

отно­

сительная магнитная проницаемость материала

экрана (для стали

Ilr = 150).

Эффективность экранирования

э

= 20 19 [1 + Ilrd /

Методы

защиты

от

(2rэ)].

высокочастотных

ЭМП аналогичны вышеизложенным для МП.

429

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

Напряженность

МП, создаваемого

уста­

Толщину

м, обычно подбирают, руко­

d,

новкой сварки ТВЧ на рабочем месте на рас­

водствуясь

стоянии х, м, от оси индуктора,

(d = 0,5 ...2,0 мм), на основании выражения

Н / Ндоп

конструктивными

соображениями

-

Rэеd/l;/(2,850Ilэ), где о глубина s: (,r.' )-1/2 . проникновенияполя в экран, u = 1tJll У =

э э

где n и и R и - число витков и радиус катушки;

1-

-

сила тока, А; 13т

коэффициент, опреде­

ляемый по графикам на рис.

сти от отношений х / R и и

18.11 в зависимо­ h / R и (h - высота

Здесь УЭ

ности

определении

требуемой эффектив­

экранирования

Эвеличины

Ндоп =

нитная проницаемость, Il; = 1,88· 10-4 Г/м. Данные ориентировочной эффективности стальных экранов приведены в табл.

18.2.4. ЗАЩИТА в

J Z 1,5 1

0,8 0,6 0,5 0,40,1. 0,/5 0,1

0.4 .--~

1-'"

~

v

сти должны

1!J.' 20

закрытого

установок

откры­

применяться

III

и

IV

только

типа, в которых

кл. опасно­

в установках

луч лазера на всем

ния с мишенью изолированы от работающих

-

непрозрачными

I

I 18.11. График

экранами,

специальными

сис­

темами транспортирования.

Средства защиты (табл. в

Рис.

должны

закрытого

его протяжении и зона взаимодействия излуче­

h -8

Я/II

использование

ствующих правил). Лазеры

""4-

,/

процессах

установки

того типа при соблюдении требований соответ­

2..... ~

v

допускается

/11

:<

лазерные

типа (в технологически обоснованных случаях

--\; R=0,07 f-

-"

ОТ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

технологических

применяться

I

18.14.

5

if = 60... 1,5 МГц) и 0,3 А/м if = 30...50 МГц).

4-

удельная проводимость стали, равная

0,66 . 107 (Ом· M)-I, а Il; - абсолютная маг-

катушки, м).

При

-

для определеиия

зависимости

также

от

класса

определяют

18.15)

опасности

размеры

выбирают лазера,

зоны (ЛОЗ).

коэффициента Рm

18.14. Эффектнвность стальных экранов

f,

ЭффективностьЭ, дБ, при толщине d, мм

Гц

0,05

0,1

0,2

0,5

1,0

1,5

2,0

3,0

103

139

133

127

120

121

139

145

148

104

119

113

109

136

137

165

193

216

105

100

101

125

151

210

283

347

453

106

116

117

173

290

475

663

853

1233

107

131

190

327

677

1284

1929

2534

3712

108

270

455

833

1978

3917

109

657

1264

2514

4000 4000

а

лазерно-опасной

Глава 18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

430

18.15. Средства

защиты от лазерного излучения

Класс опасности лазера Назначеиие и область применения

Средства защиты

Оградительные

световой

или

звуковой сигнализации знаком

лазер-

ной опасности

Кодовый замок

Защитные щие

очки,

уровень

I1I

IУ

-

-(+)

+

+

вредных производственных факторов до нормальных величин

Дистанционное управление

Маркировка

11

Для снижения уровня опасности и

устройства

(экраны, кожухи и т.д.)

Устройство

1

-

+

+

+

Всюду, где можно

-

-

-

+

Для лазеров ИК-диапазона спектра

-

+

+

+

-

-

+

+

-

+

+

+

-

-

+

+

На

лазерных

установках,

зоне

в

прохождения луча, на границе ЛОЗ

На

помещений;

дверях

пульте

управления

При времени воздействия

>0,25

с

снижаю-

Всегда, когда средства коллектив-

диффузного

излучения

ной защиты не обеспечивают безопасность труда

При воздействии излучения в слуЗащитные запоры

+

-

+

+

чае

снятия

оградительных

уст-

ройств Защитная одежда

-

-

-

+

Юстировочные очки

-

+

+

+

Примечаине.

«+» -

имеет место всегда;

«-» -

При соответствующей опасности

При юстировке, наладке и ремонт-

но-профилактических работах

отсутствует;

«- (+») -

завнсит от характеристик

лазера.

18.2.5.

ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ

ИЗЛУЧЕНИЙ

излучения k o =(Н/Нн)=(Н/Нн)' где Ни Н

Средства защиты разрабатывают с учетом категории

облучаемых

облучения.

Для

лиц

лиц

и

длительности

категории

А

мощность

-

НН

-

1,4

мбэр/ч

(1,5

мР/ч) при

;

НН и

нормативные значения. Прямое

эквивалентной дозы на поверхности защиты не

должна превышать

эквивалентная доза, бэр (мбэр, мкбэр), и

ее мощность, бэр/год (мбэр/ч, мкбэр/ч)

у-излучение.

Наиболее

часто

толщину экрана из свинца, железа, бетона

d,

36-часововй рабочей неделе, а для категории

в см, определяют по графикам и номограммам

Б

(рис.

- 0,12

мбэр/ч при 41-часовой рабочей неделе.

Общие методы защиты аналогичны изложен­ ным

для

ЭМП.

Основной

метод

-

экраниро­

вание.

18.12)

или по таблицам, взятым из публи­

каций. Если известна толщина экрана материала плотностью

Р2,

d

J

из

то толщина экрана

d2

с

вида и энергии излучения, свойств материала

PJ,

может быть определена

экрана и необходимой кратности ослабления

d2 = d J Рl/Р2.

Толщина защитных экранов зависит от

плотностью

PJ,

близкой

к

плотности

из соотношения

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

Ко

Рассеянное у-излучение. Энергия рассе­ янного излучения

/

Р)

защиты

углом

/

I/

10

IJ

2,5

МэВ. При расчете рассеянное

под

с интенсивностью на расстоянии

900

1м 0,1 %

прямого излучения. Толщина экрана из свинца, железа, бетона при десятикратном ослаблении составляет соответственно

0,2; 1,5; 8 см.

Прямое рентгеновское нзлучение. При

Fe

V

/

напряжении

v

/

на

аноде

75 ...300

кВ

свинца,

бетона

табл.

k2

в

18.16

= kз

равный

рентгеновской

толщина

защитного

определяется

зависимости

из

данным

от коэффициента

1 . 10/ R2

=

коэффициент запаса,

-

сила тока в трубке, мА;

2; 1 -

трубки

экрана

по

1/ R 2 (категория А) и k2

(категория Б), где kз

R-

рас­

стояние между трубкой и рабочим. Рассеянное

рентгеновское

излучение.

Толщина экрана из свинца и бетона определя­

ется по табл.

расстояние от места

18.17 (R -

рассеяния излучения до рабочего места, м).

V

о

0,15 ...0,2

принимают излучение,

от рассеивающей поверхности, равной

/ ',0

431

Неиспользуемое рентгеновское излуче­ нне. Мощность экспозиционной дозы на рас­

5

стоянии

7,5 10 12,5 d,CM

5

см от корпуса камеры электронно­

лучевой сварки не должна превышать

0,28

Р/ч.

Толщина защитной стенки из свинца и стали Рис.

18.12. Номограммы

при

для расчета защитных

18.16. Толщина

заданной

кратности

БЫJ"Ь определена по табл.

экранов от у-нзлучения

ослабления

может

18.18 и 18.19.

защитного экрана, в мм, из свинца и бетона от прямого рентгеновского излучения

и, кв

100

k2 Свинец

0,001 0,002

125

Бетон

Свинец

150

0,5

-

f---

-

1

70

1,3

г----;--

0,02 0,03 1,5

0,1 1,8

1

85 1'00

1,3

100

1,5

140

120

1,7

130

1,8

140

2

1

нец

Бетон

1 1,2

-

~

Свинец

300

1,5 2,2 ~

1,5

2,5

f----

f----

2

3

нец

-

~

-

Сви-

Бетон

-

-

Бетон

1,5 3

-

4

1,3

.

1,5

14(}

2,3

180

3,5

200

6

260

1,8

150

2,5

200

4

230

7,2

290

170

2,8

220

4,5

240

8,3

310

188

3

240

5

270

10

340

2,3

200

3,5

270

5,8

300

11,5

370

2,5

220

3,8

300

6,5

340

13

400

-

1---

0,01

Сви-

250

~

0,8 0,8

Бетон

0,5

0,5

0,005

0,2

нец

-

0,003

0,05

Сви-

Бетон

200

2 150 160

-

4,5

Глава 18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

432

Окончание табл.

18.16

и,к8

100

k2 Сви-

125

Бетон

нец

Сви-

150

Бетон

нец

Свинец

200

Бетон

Свинец

250

Бетон

Сви-

300

Бетон

нец

Свинец

Бетон

0,3

2

160

2,3

180

2,8

230

4

310

7

350

13,5

410

0,5

2,2

170

2,5

200

3

250

4,5

320

7,5

370

14,5

430

1

2,5

180

2,8

220

3,2

270

5

350

8,5

400

16,5

460

2

2,8

200

3

240

3,5

290

5,5

380

9,5

430

18

490

3

2,9

210

3,3

260

4

310

5,8

390

10

440

19

500

5

3

220

3,5

300

4,3

340

6

400

10,5

460

20

520

10

3,3

240

3,8

320

4,5

360

6,5

430

11,5

490

21,5

560

20

3,4

250

4

340

4,8

400

7

460

12

520

23,5

600

30

3,5

260

4,2

350

5

410

7,5

470

13

540

24,5

610

50

3,8

270

4,5

360

5,3

420

7,8

480

13,5

570

25,5

620

100

4

300

4,8

380

5,5

430

8,2

500

14

580

27

650

18.17. Толщина

защитного экрана, в мм, из свинца и бетона

от рассеянного рентгеновского излучения

и, кв

k2

100

150

Свинец

Бетон

Свинец

200

250

300

Бетон

Свинец

Бетон

Свинец

Бетон

Свинец

Бетон

0,01

0,1

20

0,1

30

0,2

40

0,3

50

0,6

70

0,02

0,2

35

0,3

45

0,5

65

0,8

75

1,2

95

0,03

0,4

45

0,5

55

0,8

90

1,2

100

2,3

120

0,05

0,5

55

0,8

80

1

120

1,5

125

3

145

0,1

0,7

65

1

100

1,4

140

2

150

4

170

0,2

0,9

80

1,2

120

1,8

170

2,7

180

5

200

0,3

1

85

1,3

130

2

180

3

190

5,5

210

0,5

1,2

100

1,5

140

2,2

190

3,5

210

6,3

220

1

1,4

120

1,8

160

2,6

220

4,2

230

7,5

250

2

1,6

130

2

185

3

250

5

260

9

280

5

1,8

150

2,3

210

3,6

280

5,8

290

10,5

210

10

2,1

170

2,6

230

4,1

300

6,5

320

12

340

20

2,3

180

2,9

260

4,6

340

7,3

360

13,5

380

50

2,5

200

3,2

280

5,1

370

8

390

15

410

100

2,8

220

3,5

310

5,6

390

8,8

420

17

440

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

18.18. Толщина защиты

433

из свинца для ослабления неиспользованного

рентгеновского излучения, мм

Напряжение на аноде, кВ

Кратность

ослабления Ко

30

40

60

70

80

100

-

-

0,2

0,2

0,1

0,1

0,4

0,4

0,2

0,5

0,6

0,3

0,6

0,8

0,3

0,4

0,8

1,1

0,4

0,5

1,0

1,3

0,5

0,6

1,2

1,5

0,6

0,8

1,4

1,7

0,7

1,0

1,6

1,9

0,8

1,1

1,7

2,1

0,9

1,3

1,8

2,4

1,1

1,5

2,1

2,7

1,2

1,6

2,3

2,9

1,3

1,8

2,5

3,2

1,4

2,0

2,7

3,5

1,5

2,1

2,8

3,7

1,6

2,3

3,0

4,0

1,7

2,5

3,2

4,3

1,8

2,6

3,4

4,6

1,1

2,0

2,8

3,6

4,9

1,2

2,1

3,0

3,8

5,2

1,3

2,3

3,4

4,2

5,7

1,4

2,4

3,5

4,4

6,0

50

2

-

5 10

0,1 0,2

20

-

0,1 0,2

50 100 2·102

0,2

0,3

5. 102 0,4 103

0,1

2· 103

0,3

0,5

5· 103 0,6 104 0,2 2· 104

0,4 0,7

5· 104 105

0,8

2· 105

0,5 0,9

5·105 106 0,3 2· 106

1,0 0,6

5· 106 107 2·107 0,7 5. 107 108

0,4 0,8

Глава 18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

434

18.19. Толщина

защнты из стали для ослабления неиспользованного рентгеновского излучения, мм

Напряжение на аноде электронного прибора, кВ (максимальное)

Кратность

ослабления Ко

10

15

20

25

30

35

40

45

50

-

0,1

0,1

0,2

0,1

0,2

0,3

0,4

0,1

0,2

0.3

0,4

0,6

0,1

0,2

0,3

0,4

0,6

0,9

0,4

0,6

0,9

1,3

0,2

0,3 0,5

0,8

1,1

1,6

0,4

0,6

1,0

1,3

2,0

0,5

0,8

1,2

1,6

2,4

0,6

0,9

1,4

1,9

2,7

0,7

1,1

1,6

2,2

3,1

0,8

1,2

1,9

2,6

3,6

0,9

1,4

2,1

2,8

3,9

1,0

1,5

2,3

3,1

4,3

1,1

1,7

2,5

3,5

4,9

1,2

1,8

2,7

3,8

5,3

1,3

1,9

2,9

4,1

5,7

2,1

3,2

4,4

6,2

2,2

3,4

4,7

6,6

1,5

2,3

3,6

5,0

7,0

1,6

2,5

3,8

5,4

7,5

1,7

2,6

4,0

5,7

7,9

1,8

2,8

4,2

6,0

8,3

1,9

2,9

4,5

6,4

8,7

2,0

3,1

4,7

6,6

9,2

2 -

5

-

10 0,1

20

50 100

0,2

2. 102 0,3 5. 102 103

0,3 0,4

2· 103

0,1

5· 103 0,5 104

0,4

-

2. 104

0,6

5·104 0,7 105

0,2 0,5

2· 105 0,8 5· 105

1,4 106

0,9

2·106

0,6 1,0

5·106 107 0,3

1,1

2. 107

0,7

5. 107 1,2 108

0,1

0,8

Эквивалентную свинцу толщину защитной стенки, мм, из стали надо определять по следую­ щим данным (напряжение

Свинец Сталь...........

60 и 100 кВ):

1

2

3

4

6

8

5...6

10... 12

16... 19

22...25

36

56

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

18.2.6. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЪ Защитное

заземление.

где

435

-

РI

удельное

измеренное

вилами устройства электроустановок.

значение

большие допустимые значения сопротивления для

электроустановок

1О

напряжением

Ом при мощности гене­

раторов и трансформаторов ~100 кВ числе при параллельной работе) и

4

.А

(в том

для

электроустановок

Длина

2.. .4

пряжением до

для

1 кВ; 0,5

электроустановок

электродов,

Ом в сети с эффектив­ заземления

размеров

электро­

размещения

длины

вертикальных

горизонтальных

n11в =

состоит в

-

числа,

ные заземлители (рис.

ходят

искусствен­

18.13, а).

в

2тс/

2...3

-

2

интерполяции,

L,

- L

=

1,О5nа. Вычисляют сопротивление

f( злекmРО!jсmано6хе

-

r//

///

///

Г// / / /

1"// ///

_L-

18.13. Заземлнтелн

в

м, горизонталь­

этого проводника по формуле

.....t:

Рнс.

на­

нии электродов в ряд L = 1,О5(n - l)а; по кон­ туру

-

а)

n

округляя

С учетом схемы размещения заземли­

41 -/ '

d.

3 распо­

шириной Ь, м, по формулам: при расположе­

элек­

/# r'//

для зазем­

расстояние меж­

(10 2,1/ + .!.10 41 + / J d

18.21.

ного проводника связи в виде стальной полосы

18.13,6).

R = 1l

табл.

произведение

R доп (11в - коэффициент использова­

методом

3.

вертикального

данные

теля в грунте находят длину

10... 15 мм, трубы диаметром 30...50 мм, угол­ ки от 40 х 40 до 60 х 60 мм) и определяют со­ одиночного

0,95Ь.

меньшую сторону.

ных электродов (стальные прутки диаметром

противление

d=

вертикальных

ду электродами). Неуказанные значения

Выбирают тип и размеры вертикаль­

трода (рис.

RB /

n

находят

ложенных по контуру, где а

Рассмотрим порядок расчета.

1.

4... 5 м 0,5/ + 10; для

лителей, расположенных в ряд, а / / =

Для заземления стационарных сварочных групповые

м; 1 =

отношении а / / (обычно а / / =

соединительных

канию тока R з ~ R доп .

примеияют

0,7

ния вертикальных электродов) при выбранном

шин, при которых общее сопротивление расте­

установок

м для уголков;

число

используя

Предварительно

определении основных параметров ЗУ дов,

2,5 ...3

Определяют

2.

на­

но заземленной нейтралью.

Расчет защитного

м, обычно принимается равной

уголка с шириной полки Ь величина

то же, но в случаях использования

-

одновременно

/,

м для труб;

для прутков; глубина 10 =

лю, А), но ~1O Ом при изолированной нейтра­ ЗУ

грунта

ется заземление, и конструкции заземлителя].

напряжением

> 1 кВ равны 250//з (1з - ток замыкания на зем­ ли; 125//з

ориентировочное

сопротивления

зависимости от климатической зоны, где дела­

Ом во всех

остальных случаях;

-

принятое

- 10... 15 Ом; торф - 10 30; полутвердые глины - 40... 80; почва - 10 300; песок (при глубине залегания вод <5 м) 300... 700; он же (при глубине залегания 6... 10 м) - 500... 1500 и т.д.); \jI - коэффициент сезонности, определяемый по табл. 18.20 в

Rдоп , Ом, заземляющего устройства (ЗУ): составляют

или

удельного

(чернозем

В системах защитного заземления наи­

1 кВ

грунта,

Ом' м, определяемое как Рl = РИ \jI [здесь Ри­

Область приме­

нения защитных заземлений определятся Пра­

до

сопротивление

а

о) стацнонарных (а) н передвнжных установок

(6)

Глава 18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

436

18.20. Коэффициеиты

сезоииости

'1' для

одиородиой земли

при нормальной влажности Климатические зоны

Характеристика климатической зоны и тип электрода

1У

Признаки климатических зон Средняя многолетняя низшая температура (январь), ос

То же, высшая (июль), ос

-20 ...-15

-14 ...-10

-10 ... 0

0... 5

16 ... 18

18 ...22

22 ... 24

24 ... 26

40

50

50

30 ... 50

190... 170

150

110

О

1,7

1,5

1,3

1,1

1,4

1,3

1,2

1,1

5,5

3,5

2,5

1,5

4,5

3,0

2,0

1,4

Среднегодовое количество осадков, см Продолжительность замерзания вод, дни

Коэффициенты сезонности Вертикальный электрод длиной То же, длиной

3м

5м

Горизонтальный электрод длиной То же, длиной

50

10 м

м

18.21. Коэффициенты

При размещении в ряд

аП

1

использования 11в вертикальных электродов При размещении по контуру

n11.

n

11.

n11.

n

11.

1,70

2

0,85

2,76

4

0,69

2,34

3

0,78

3,66

6

0,61

2,92

4

0,73

5,50

10

0,55

3,50

5

0,7

9,40

20

0,47

3,90

6

0,65

16,40

40

0,41

5,90

10

0,59

23,40

60

0,39

8,10

15

0,54

36,00

100

0,36

9,60

20

0,48

1,82

2

0,91

3,12

4

0,78

2,61

3

0,87

4,38

6

0,73

3,32

4

0,83

6,80

10

0,68

4,05

5

0,81

12,60

20

0,63

4,62

6

0,77

23,20

40

0,58

7,40

10

0,74

33,0

60

0,55

10,50

15

0,70

52,0

100

0,52

13,40

20

0,67

-

2

-

СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

437 Окончание табл.

3

n1'].

n

1'].

n1'].

n

1'].

1,88

2

0,94

3,4

4

0,85

2,73

3

0,91

4,8

6

0,80

3,56

4

0,89

7,6

10

0,76

4,35

5

0,87

14,2

20

0,71

5,10

6

0,85

26,4

40

0,66

8,10

10

0,81

38,4

60

0,64

11,70

15

0,78

62,0

100

0,62

15,20

20

0,76

ПЛощадь сечения

горизонтального про­

водника должна быть ~4

мм.

Возможно

~48

мм 2

использование

круглого проводника диаметром гда Ь =

При размещении по контуру

При размещении в ряд

аП

d

-

параметры

заземлителя

и

методом

последова­

толщиной

тельного приближения добиваются выполне­

стального

ния требований к сопротивлению заземлителя.

(~6 м). То­

2d.

4.

18.21

Для заземления передвижных сварочных установок используют инвентарные заземлите­

Определяют

тивление

результирующее

заземлителя

R з = RBRr

сопро­

растеканию

/(RB11r + Rr11Bn)'

где 11г

-

тока

коэффи­

циент использования горизонтального провод­

ника (табл.

18.22).

Если результаты расчета не удовлетворя­

ют требованиям, т.е. R з > Rдоп , то изменяют

18.22.

ли (см. рис.

18.13, б) с зажимом трех типораз­ 1180, 1500, 2000 мм, диаметром

меров; длиной

15 мм, при этом глубина погружения в грунт /п составляет соответственно 580, 900 и 1400. Целями расчета являются определение

d

=

числа

n

инвентарных заземлителей и их раз­

мещение на участке заземления.

Коэффициеиты использования 11г горизонтального проводника Число вертикальных электродов

аП

2

100 При расположении электродов в ряд

1

0,85

0,77

0,72

0,67

0,62

0,42

0,31

0,21 ~

2

0,94

0,89

0,84

0,79

0,75

0,56

0,46

-

-

0,36 ~

3

0,96

0,92

0,88

0,85

0,82

0,68

0,58

0,49

При расположении электродов по контуру

1

0,45

0,40

0,36

0,34

0,27

0,24

0,22

0,21

0,20

0,20

0,19

0,55

0,48

0,43

0,40

0,32

0,30

0,29

0,28

0,27

0,26

0,23

0,70

0,64

0,60

0,56

0,45

0,41

0,39

0,37

0,36

0,35

0,33

-

2

-

-

3

Глава

438 1. ного

Iп и

18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Определяют

заземлителя

сопротивление

при

выбранных

одиноч­ размерах

d:

участка,

отведенного

стояние а

под

заземлитель,

разме­

в ряд или по контуру.

Рас­

3. Находят произведение nТ\. = R э / Rдоп 18.21 определяют число инвентар­

и по табл.

4.

n.

Результирующее

следующих

сопротивление

и

R, / (nТ\.).

последовательного

прибли­

:::; Rдоп •

себя определение отключающей способности и заземления

нейтрали

и

повторных

заземлителей. Согласно

установок

Правилам

проводимость

устройства электро­

фазных

и

нулевых

защитных проводников выбирают такой, чтобы при замыкании фазы на корпус или на нулевой защитный

проводник

возникал ток короткого

замыкания lк.з, превышающий не менее чем в

3 раза номинальный ток lHOM

и

сети

В соответственно

Расчет этих сопротивлений изложенному

для

за­

ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ не

Очистку выбросов

предусматривать

для

источни­

ков малой мощности при условии выполнения

Зануление. Расчет зануления включает в

величин

нейтрали

18.3. ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

за­

Так же, как и в случае стационарных ус­ методом

для

напряжение

220/127

Защита атмосферы.

жения удовлетворяют условие R з

kIHOM '

заземления

аналогично

допускается

Rз =

lк.з ~

k=I,25

щитного заземления.

землителя

тановок,

данных

значений:

660/380; 380/220 15; 30 и 60 Ом. проводится

= Iп , реже а = 2/п •

ных заземлителей

таких

k=I,4 для lHoM<100A; lHOM> 100 А.

повторных заземлителей не должны превышать

В зависимости от размеров и формы

щают электроды

отсутствии

где

Сопротивление

R э = р ln (4/п / d)/(21t/ п ) .

2.

При

плавкого элемента

нижеприводимых

требований

и

если

это

не

нужно по разделу проекта «Охрана атмосфер­ ного воздуха от загрязнений». К вентиляцион­ ным

источникам

один

или

группу

малой

условный

источников

мощности

источник, (выбросных

относится

заменяющий труб,

уст­

ройств и т.п.), находящихся на кровле здания в пределах общим

площади

круга диаметром

расходом

20

пылегазовоздушной

м, с смеси

L ::; 10 мЗ/с, концентрацией для одного или условного источника q (мг/м З ) по каждому ВВ, не превышающей по пыли 100 мг/м З , И величин q, - qз, определяемых по формулам СНиП 2.0.4-05-91 :

ближайшего предохранителя или нерегулируе­ мого расцепителя

либо уставку тока регули­

руемого расцепителя

теля. Значения дохранителей нием

220

и

НПН-60М ПН2-100 ПН2-250 ПН2-400 ПН2-600 ПН2-1000

включа­

где Н

приведены ниже.

. . . . . . .

6, 10, 15 20,25,35,45,60 30,40,60,80,100 80,100,120,150,200,250 200,250,300,350,400 300,400,500,600 500,600,750,800,1000

При использовании

автоматических вы­

ключателей, имеющих только электромагнит­ ный расцепитель,

проводимость проводников

должна обеспечивать ток не ниже уставки тока мгновенного

qз =

(в амперах) для сетей напряже­

380 В

НПи-15

автоматического

lHOM стандартных плавких пре­

срабатывания,

умноженный

на

-

0,08 Ikqw,z / D,

высота, м, расположения устья источ­

ника диаметром группы из

n

D,

м, над уровнем земли; для

источников Н - высота условного

источника, равная Н = ром

[t н f i]

D -- (D12 + D 22 +... + D n2 )O.5.' L соп

диамет- услов-

ный расход атмосферного воздуха для разбав­ ления ВВ, принимаемый при расстояниях от источника

до

границы

населенного

пункта

50, 100, 300, 500 м соответственно равным 60, 250, 2000, 6000 МЗ/С; L - расход пылегазо­

воздушной смеси, мЗ/с, для одного источника или общий расход для их группы;

1-

расстоя­

коэффициент, учитывающий разброс (по заво­

ние (м) между устьем одного источника и при­

дским данным), и на коэффициент запаса

емным вентиляционным устройством для на-

1,1.

ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Если в результате расчета окажется, что

ружного воздуха по горизонтали, принимаемое

10D равным 10D, а при' > 60D - рав­ 60D; дЛЯ группы из n источников рас-

при' <

величина

ным

чин

f;

стояние условного источника

,=[~ '; J

коэффициент, характеризующий уменьще­

k ние

концентрации

ВВ,

определяемый

по

439

q

q\ -

превышает хотя бы одну из вели­

qз, то выбрасываемая смесь должна

очищаться.

При м е р

р а с ч е т а.

Для

цеха с расходом воздуха L

qn = ПДКn

Н

qw.z = ПДК рз

брос

осуществляется

= 20 1 = 60D

10

I 18

-,..-

-

-~I

f:~' "'-

1--

I

""-"'-"'- "'-

,.:::

! ....

-I";::-~

. L

О}

-~

--

=1it::'- '-~,

I-r:-

/

-t:

L

б)

- t---;:: f./

0,1

0,15

-- -V

0,2

О, г5

10

/

Л:.....

/

-t:

0,05

I 16 I 1'+ I 12 8

/

/

=

через

м и диаметром

м 3 /с

G C. M

20

=

воздуховод

D = 0,5

кг/ч; вы­ высотой

м на расстоянии

30 м от приемного устройства и на рас­ 100 м от границы жилого района (L con =

=

стоянии

к

=4

Исходные данные: сварка проводится электродами

УОНИ-13/65 с общим расходом

и

м 3 /ч

= 14 400

требуется определить необходимость в его очистке.

18.14; qn и qw.z - предельно допустимые концентрации, мг/м З , принимаемые равными рис.

проектируемой

установки местной вытяжной вентиляции сварочного

250 м 3 /с); основным ВВ является марганец с массо­

вой долей <20 % сварочного аэрозоля (qn = 0,01 мг/м 3 3 и qw,z = 0,2 мг/м по табл. 18.2). Сначала определяем концентрацию марганца в

выбрасываемом воздухе как

q = Z / L,

где

Z-

коли­

чество марганца, мг/ч, удаляемого МО и, соответст­ венно, выбрасываемого в атмосферу и определяемо­

го как

= Т]мо Zуд G C•M • 103, где Т]мо - КПД МО 0,8; Z = 0,8 . 1,41 . 20 . 103 = 22 560 мг/ч и q = 1,57 мг/м 3 . Величина q\ = 10 (20 + 0,5) 0,0110,5 = 3 3 = 4,1 мг/м ; q2 = 250 . 0,01 / 4 = 0,625 мг/м ; qз = 0,08 . 30 . 3 . 0,210,5 = 2,88 мг/м 3 (коэффициент k = 3 по рис. 18.14 для h / 1 = 0,2, кривая J). Посколь­

Z

Т]мо =

ку

q > q2,

данный выброс нельзя отнести к источни­

кам малой мощности и его необходимо оборудовать

6

./ iл

очистным устройством.

Выбросы в атмосферу из систем вентиля­ ции необходимо

размещать

на расстоянии

от

приемных вентиляционных устройств ~ 1О м по

2 о

O,J h / L

горизонтали или

6

м по вертикали при гори­

зонтальном расстоянии

<10

м, а также на высо­

те ~2 м над высшей точкой кровли. Для очистки воздуха от сварочного аэро­ золя используют как индивидуальные(на один

Рис.

18.14. График

для определеиия

коэффициента а

-

k:

над зоной всасывания приемного устройства для

наружного воздуха при высоте трубы Н =

h + 2h j ; б - над кровлей здания при высоте трубы Н = h; h расстояние по вертикали горизонтальной оси

струи, м;

h\ -

высота отверстия для приема

наружного воздуха, м;

1- расстояние между устьем

источника и приемным устройством для наружного

воздуха, м; !

- график для определения k источника,

если приемное устройство находится вне зоны

аэродинамической тени;

k источника,

II -

график для определения

находящегося в зоне аэродинамической

тени, при приемном устройстве вне этой тени;

ll! - график для определения k источника и приемного устройства, находящихся в зоне аэродинамической тени

сварочный пост), так и групповые установки (на несколько постов). Эти установки чаще всего работают на полной рециркуляции воз­ духа, что существенно (до

90 %)

сокращает

расход энергии на нагрев воздуха. Удалением небольших объемов воздуха с высокими кон­ центрациями сварочного аэрозоля достигаются

санитарно-гигиенический эффект и необходи­ мая

чистота воздуха в

очистки

(Э

Э

может

РЗ.

Эффективность

достигать

= q! - q2 / q, . 100 %,

где

ql

97 ... 99

и

q2 -

%

концен­

трации сварочного аэрозоля до и после очист­ 3

ки, мг/м ).

Очистка

осуществляется

в

бумажных

и тканевых фильтрах, электрофильтрах, адсор­ берах.

Глава

440

18. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Бумажные и тканевые фильтры обеспечи­ вают высокую эффективность (до имеют

сравнительно

фильтровального

малые

сроки

материала,

что

которых используют различные сорбенты, ча­

но

ще всего активированный уголь, в сочетании с

службы

бумажными или тканевыми фильтрами, а так­

99,9 %),

вынуждает

же электрофильтрами. Защита

часто его менять.

Электрофильтры находят широкое при­ менение в очистных установках. Наибольшее распространение

трофильтры, в осаждения

получили

двухзонные

элек­

которых процессы зарядки и

частиц

конструктивно

разделены.

новых

и

водоемов.

приятий

реконструкции

следует

оборотных систем водоснабжения.

Для этого

требуется

соответствующее

сточных

300... 1200

(5 ... 1О

Па,

у

Па при одина­

ковых нагрузках) и малыми эксплуатационны­

или

в которых осуществляется

фирма

«P1ymovent»

очистка

двух­

воздуха.

(Швеция) изготовляет раз­

агрегаты ТК-200,

-400

газов агрегаты могут быть снабжены дополни­ тельными фильтровальными насадками из акти­ вированного угля. В агрегатах мод.

R-3, -4, -5

производительностью 450, 600 и 750 м 3 /ч осу­ ществляется в циклоне,

двухступенчатая

крупных

большинства

машино­

можно

разделить

(50...80 %);

загрязненные механическими приме­

сям и и маслами

III -

(10... 15 %);

загрязненные кислотами, щелочами,

солями, соединениями хрома и другими хими­

ческими веществами

(5 ... 10 %);

отработавшие

IV

смазочно-охлаж-

1 %); V - загрязненные пылью вентиляционных систем (10... 15 %); VI - поверхностные (дождевые, талые, поливочно-моечные ); УII - бытовые.

дающие жидкости или эмульсии (до

В сварочных цехах вода используется для

очистка воздуха:

где происходит отделение

воды

предприятий

чистые, образующиеся при охлаждении

II -

с производительностью

150 и 300 м 3 /ч имеют искрогаситель и бумаж­ ный фильтр с Э > 99 %. для очистки воздуха от

использованием

процессе.

технологического оборудования

Так,

личные модификации агрегатов. Портативные

последующим

на следующие основные категории:

1-

трехступенчатая

с

Сточные

других стран выпускают фильтровентиляцион­ ные агрегаты,

вод

строительных

ми затратами.

Ряд фирм США, Финляндии, Швеции и

технологическое

оборудование для высокоэффективной очистки

их в технологическом

сопротивлением

охлаждения сварочного инструмента. Сточные

частиц, и в основном фильтре с площадью ак­

воды являются чистыми (категория

тивной фильтрующей поверхности 20 м 2 . Пре­

оборотного

дусмотрено место и для третьей ступени очи­

универсальных

стки.

Замена

(А УКС) или градирен

после

использования

тродов.

основного

фильтра

нескольких

В передвижных

требуется

тысяч

агрегатах

элек­

МК-800

и

пред­

внедрение

невых и бумажных фильтров небольшим гид­ пористых фильтров

строительстве

предусматривать

Электрофильтры выгодно отличаются от тка­ равлическим

При

действующих

рис. ли

18.15.

водоснабжения аппаратов

Схема

с

кипящим

слоем

типа ГПВ показана на

При работе с АУКС открыты венти­

закрыты

1 - 4,

1).

с использованием

5 - 9; при работе на свежей 3 - 6, закрыты 1, 2, 7 - 9.

МК-1200 (производительность 800 и 1200 м 3 /ч)

воде открыты вентили

очистка

Аппараты АУКС выбираются

исходя их тре­

буемой

по

пень

также

двухступенчатая:

первая

сту­

фильтр предварительной очистки тол­

-

щиной

40

мм из синтетического волокна с уве­

личивающейся

по

ходу

плотностью, вторая

-

движения

воздуха

фильтр тонкой очистки

(АУКС-4,

где

4, 8

воде, и т.д.

м 3 /ч

-

про­

температур охлаждаемой воды.

При

гидравлических

испытаниях

емко­

и

стей и трубопроводов необходимо предусмат­

1600 м 3 /ч) имеют вторую ступень очистки в

ривать повторное (многократное) использова­

виде

ние воды, забираемой из водоемов или систем

-1600

двухзонного

(производительность

-8, -15, -25, -50,

изводительность аппарата, м 3 /ч) и перепада

из волокна целлюлозы. Передвижные агрегаты

ЕМК-1400 и

производительности

электрофильтра,

1400

который

необходимо периодически промывать водой.

водоснабжения.

Для очистки воздуха от токсичных газов

и паров применяют сорбционные аппараты, в

Вопросы очистки сточных вод категорий

II -

УН можно найти в публикациях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

441

tt 't 8 СлиВ В

6 18.15. Схема

Рнс.

канали-

у зацию

-

Из ВодопроВода (ПОдпитка)

5

оборотной снстемы водоснабження

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

10.

Сборник методик по расчету выбро­

сов в атмосферу Безопасность

1.

цессов: Справочник

/

производственных

про­

с.В. Белов, В.Н. Бринза,

личными дат,

Б.С. Векшин и др.; Под общ. ред. с.В. Белова. М.: Машиностроение,

1985.448 с.

ция рабочего места электросварщика. М.: Ма­ шиностроение,

1982. 80 с.

Нормы

3.

радиационной

безопасности

НРБ-99.

4. траций

ОНД-86. в

Методика

атмосферном

расчета

воздухе

концен­

вредных

ве­

ществ, содержащихся в выбросах предприятий. Л.: Гидрометеоиздат,

5.

Писаренко

1987. В.Л.,

Рогинский

М.Л.

Вентиляция рабочих мест в сварочном произ­ водстве. М.: Машиностроение,

6.

Правила

1981.120 с.

устройства

и

безопасной

эксплуатации сосудов, работающих под давле­

нием. М.: НПО ПТБ,

7.

Правила

2000.

устройства

вок. М.: ЗАО «Энергосервис»,

СН

8. Санитарные 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум

1986. 183 с. 11. Смирнов

Л.:

веществ раз­ Гидрометеоиз­

Д.Н., Генкин В.Е. Очистка

сточных вод в процессе обработки

Глебов А.З. Рациональная организа­

2.

загрязняющих

производствами.

электроустано­

2002. 608

с.

нормы на рабочих местах,

М.: Металлургия,

12. Расчет

металлов.

1980. 196 с.

Средства защиты в машиностроении:

и

проектирование:

Справочник

/

С.В. Белов, А.Ф. Козьяков, О.Ф. Партолин и др.; Под ред. С.В. Белова. М.: Машинострое­ ние,

1989.368 с. 13. Средства

работающих справочник Профиздат,

индивидуальной

на

производстве:

/ Под ред. 1988. 176 с.

защиты Каталог­

В.Н. Ардасенова. М.:

14. Строительные 11-4-77. Защита от

нормы

СНиП

и

правила

шума. Нормы проек­

тирования. М.: Стройиздат,

1978.49 с. 15. Строительные нормы и правила СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования.

16.

Строительные

нормы

и

правила

СНиП 2.0.4-05-91'. Отопление, вентиляция и

в помещениях жилых общественных зданий и

кондиционирование воздуха. Нормы проекти­

на территории жилой застройки. М.: Минздрав

рования. М.: Стройиздат,

России,

9.

17.

1997. Санитарные нормы СН

2.2.4.723-98.

труда при электро-

Переменные магнитные поля промышленной

ПОТ Р

M-02Q-2001.

частоты

2001. 72

с.

(50

Гц) в производственных условиях.

1987.62 с.

Межотраслевые

правила

по охране

и газосварочных М.:

работах

Изд-во НЦ ЭНАС,

Глава

19

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В

СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Надежность конструкций,

и

долговечность

их экономичность

сварных

нии и эксплуатации являются основными пока­ зателями

(ТП)

качества

технологического

изготовления

конструкций

изготовления

разрабатывают

комплекс

сварного

изделия

операций,

включая

заготовительные, сборочные, сварочные и кон­

трольные. Рационально разработанный проект технологии

должен

обеспечивать

получение

надежных сварных соединений и конструкций,

отвечающих всем эксплуатационным

требова­

ниям, а также позволять в максимальной сте­ пени осуществлять и автоматизацию

комплексную

механизацию

производственного

процесса

изготовления изделия при минимальной трудо­ емкости

операций,

наименьшем

расходе

рочных материалов и электроэнергии

сва­

и полном

соблюдении правил и норм техники безопасно­

сти проведения работ. Наиболее тирования

прогрессивный

способ

проек­

одновременная разработка конст­

-

рукций и технологии их производства. В этом случае

основным

документом

для

последовательность

разбивку конструкции эскизную расчеты

вы­

нормативными

принципам

ТП

должны

сертификации

определяемым

и

После окончательного утверждения тех­ нического

нологии

конструкции

19.1.

собой сложную оптимизационную задачу, ос­ расчетных анали­

тических методов проектирования. Оптималь­ ный вариант ТП изготовления сложной свар­ ной

конструкции

выбирается

из

нескольких

расчетных вариантов технологии. В зависимо­ сти

от

основного

назначения

спективные и рабочие ТП.

тех­

конструкторской

уточнения и изменения принципиаль­

ного ТП, связанные с изменением конструкции на этапе рабочего проектирования; разработку

технологических

указывают

все

примеияемые

параметры

сварочные

карт,

в

режима

материалы

и

оборудование; краткие

описания

выполнения

требования

технологических

отдельных

сварочных

к прочности

и качеству

сварных конструкций на отдельных этапах их

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТП СВАРКИ

на использовании

(составление

варианта

проектирование

Рабочий ТП включает в себя:

и

Проектирование ТП сварки представляет нованную

рабочее

ции).

операций;

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТП СВАРКИ

19.1.1. ПРИНЦИПЫ

прииятого

гии (составление технологической документа­

стандартизации, (ГОСТ)

и

документации) и разработку рабочей техноло­

приемов

государственными

проекта

выполняют

соответствовать

отраслевыми (ОСТ) стандартами

свароч­

сравнительную оценку разработанных

документами. При этом разрабатываемые или примеияемые

основных

вариантов технологии.

изготовле­

(ЕСТД),

с

режнмов

напряжений и деформаций;

сварки,

документация

специальных

ных процессов, расчеты ожидаемых сварочных

технологическая

соответствии

проработку

приспособлений и оснастки;

которых

в

на отдельные

технологические узлы или элементы;

ния изделия служит Единая конструкторско­ полняемая

технологических

операций;

процесса

в сборочно­

сварочном производстве. При проектировании технологии

Перспективный ТП включает в себя:

в изготовле­

различают

пер­

изготовления;

указания

методов

проверки

точности

и контроля качества соединений, узлов и гото­ вой конструкции. В

зависимости

охватываемых

от

количества

процессом,

изделий,

установлено

два

вида ТП: типовой и единичный. Правила раз­ работки рабочих ТП предусматривают обяза­ тельное использование типовых ТП и стандар­ тов на технологические операции.

В зависимости

от степени

детализации

каждый ТП может быть маршрутным, опера-

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТП СВАРКИ

ционным

или

операционно-маршругным.

повые ТП разрабатывают многих

действующих

и

на основе возможных

Ти­

установление

операция

расчеты;

дЛЯ

установление

является

ча­

1)

классификация

выбирают

объектов,

имеющих

общие конструктивно-технологические харак­ теристики, и типовых представителей групп;

2) тов

-

количественная оценка групп объек­

оценка типа производства (единичное,

серийное или массовое);

З)

анализ конструкций типовых объек­

и

выпуска

и

типу

производства

разрабатывают основные маршругы

для

расчет точности, производительности

экономической

-

изготов­

эффективности

вариантов

типовых ТП с выбором оптимального варианта;

1О)

оформление документации на типо­

вой ТП, согласование ее с заинтересованными службами и угверждение. На предприятии должны быть компью­

терные

информационно-поисковые

системы

для поиска ранее разработанных аналогичных

ТП и отдельных технологических операций.

Всю информацию вводят в компьютер в

тов по чертежам, техническим условиям (ТУ), программам

данных

определение разряда работ и профес­

9)

объектов производст­

группы

исходных

расчета норм времени и их расчет;

сии исполнителей;

РАЗРАБОТКА ТИПОВОГО ТП СВАРКИ

ТП относятся:

-

для

ТП

К основным этапам разработки типового

ва

данных

расчета оптимальных режимов обработки и их

стью ТП, выполияемой на одном рабочем месте.

19.1.2.

исходных

анализа

типовых представителей групп изделий.

Технологическая

443

кодированном виде.

При разработке ТП анализируют техно­

ления конструкций, включая заготовительные

логичность сварных

процессы;

Количественная оценка технологичности осно­

4)

выбор заготовки и способов ее изго­

товления с технико-экономической оценкой оценивают точностные характеристики

-

изделий и

вывается на системе показателей, включающей

в себя:

базовые показатели технологичности,

спосо­

бов изготовления и качества поверхности, вы­

устанавливаемые

бирают метод обработки;

проектирование изделия;

5) 6)

выбор технологических баз; выбор вида производства (сварка, ли­

тье, обработка давлением, механическая обра­ ботка);

7)

составление

шруга обработки

-

технологического

мар­

определяют последователь­

ность операций и выбирают группы оборудо­ вания по операциям;

8)

разработка

технологических

опера-

ций, включающая в себя: рациональное построение операций;

выбор структуры операций; рациональную

последовательность

переходов в операции;

выбор

оборудования,

щего оптимальную

обеспечиваю­

производительность

и тре­

в

показатели

техническом

задании

технологичности,

на

достиг­

нугые при разработке конструкции; уровень технологичности (отношение Достигнугых показателей к базовым).

Основными показателями технологично­ сти являются трудоемкость и технологическая

себестоимость изготовления изделия. Факторы, влияющие на выбор показате­ лей: требования к изделию, вид изделия, объем выпуска,

наличие информации, необходимой

для определения показателеЙ.

Требования к изделию определяют, каким видом

технологичности

конструкция: онным

или

и

должна

обладать

произвоДственным, эксплуатаци­ тем

и

другим,

что,

в

свою

оче­

редь, определяет группу показателей техноло­

буемое качество; расчет

конструкций.

загрузки

технологического

гичности.

В зависимости от вида изделия (сбороч­

оборудования;

выбор конструкции

технологической

оснастки;

определение

принадлежности

вы­

бранной конструкции к стандартным системам

ная единица, комплекс, комплект или деталь)

из

групп

выбирают те

показатели,

которые

могуг характеризовать технологичность данно­

го вида изделия.

Знание объема выпуска позволяет выби­

оснастки; установление

исходных

данных,

не­

рать

показатели,

характеризующие

расходы

обходимых для расчетов, и расчет припуска на

или затраты и имеющие наибольшую значи­

обработку и межоперационных припусков;

мость при данном объеме выпуска.

Глава

444

19.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

19.1.3.2.

19.1.3. НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ЗАПОЛНЕНИЯ НТД

ДОКУМЕНТАЦИЯ (НТД) НА СВАРОЧНЫЕ ТО

19.1.3.1.

НА СВАРКУ

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ НТД

Терминология

Различают основные и вспомогательные документы. Основные документы бывают об­ щего и специального назначений.

Основные документы полностью и одно­ значно определяют ТП (операцию) изготовле­ ния изделий и содержат информацию, необхо­ димую

и достаточную для

но-технических,

рещения

инженер­

планово-экономических

и

организационных задач.

Вспомогательные документы применяют

при разработке, внедрении и функционирова­ нии ТП (операции). Правила ГОСТ

заполнения

НТД

изложены

в

Документы общего назначения примеия­ ют в отдельности или в комплекте на ТП вне зависимости от методов изготовления изделий. К ним относятся: титульный лист (ТЛ), карта

(КЭ),

технологическая

инструкция

специального

назначения

(ТИ). Документы

примеияют при описании ТП (операции) в за­ висимости

от

классификация

ния

и

материалов

должны

соответствовать

ГОСТ 2601-84' и 19521-74. Унифицированная запись наименований операций (переходов) должна выполняться в МК, КТП, КТТП, ОК, ВО, ВОб. Применяют

три формы записи: полную, краткую, по кодо­ вым обозначениям. Полную запись применяют в

МК

при

маршрутном описании ТП дЛЯ единичного и мелкосерийного производства, а также в МК,

КТП (КТТП), ОК при операционном и мар­ шрутно-операционном описании ТП, если вхо­

видов

процессов

изготовления

способу сварки. Если же они разнятся по способу сварки,

то применяют краткую запись в НТД любого вида. Краткую запись практикуют также при операционном

и

маршрутно-операционном

описании ТП. Нумерацию

операций

ТП

проставляют

числами ряда арифметической прогрессии

1О, 15

и т.Д. При корректировании

изделий, типа и вида производства. К ним от­

вводимым

носятся:

точные номера, не кратные

операциям

присваивают

5.

5,

ТП вновь промежу­

Унифицирован­

марщрутная карта (МК);

ная запись операции (перехода) должна содер­

карта ТП (КТП);

жать ключевые слова: наименование,

карта типового ТП (КТТП);

универсальная карта КТТП (КТТПN);

ния на выполняемые

наименование

комплектовочная карта (КК); технико-нормировочная карта (ТНК); кодирования

информации

технологических

маршру-

тов (ВТМ);

т.п.);

особые

зависимости от типа производства (единичное,

серийное, массовое) и видов разрабатываемых процессов по их организации (единичный, ти­ повой, групповой). Каждый разработанный документ должен

14 -

комплект

типовой процесс,

рельефная сварка.

ратуру

подогрева

сварки

выполнения

и т.п.)

(положение, швов,

темпе­

и дополнительные

ссылку

на

документы,

содержащие

информацию, которая дополняет или разъясня­ ет текстовую запись (чертеж, эскиз). При описании операций указывают в тех­ нологической

последовательности

переходы,

установки, сборки, сварки, зачистки и др., если

их выполняют на том же рабочем месте, где

иметь самостоятельное обозначение.

2 -

условия

последовательность

информацию о безопасности труда;

ведомость материалов (ВМ) и др. Комплектность документов определяют в

документов ТП,

выполнения

зывают в графе «Особые указания»);

ведомость оборудования (ВОб);

02 -

способа

требования к выполнению операции (это ука­

ведомость оснастки (ВО);

Пример. ТД-0229014, где

указа-

операции, перехода (по разметке, по упору и

(ККИ); ведомость

позиции,

информацию оприхватках;

карта типовой операции (КТО);

карта

номер

по эскизу швы детали;

наименование способа сварки;

операционная карта (ОК);

сварка,

видов

дящие в операцию переходы не различаются по

3.1705-81.

эскизов

и

сварки, сварных соединений, швов, оборудова­

90 -

идет сварка, и те же исполнители.

Нумерацию переходов в ТП проставляют

числами натурального ряда

(1, 2, 3, ...).

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТП СВАРКИ

19.1.3.3.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ НА

Остальные графы характеризуют трудо­

СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

Технологическая карта

-

445

затраты.

В графе «СМ»

основной произ­

водственный документ, в котором приведены

указывают

-

степень

«Степень механизации» механизации

кодом

все данные по заготовке, сборке и сварке изде­

индексами: РС

лия. Она должна строго соответствовать прин­

зированная сборка, в приспособлении, сборка

-

механи­

по разметке.

ципиальному ТП.

В графе «Проф.» приводят код профессии

Типовая технологическая карта на сбо­ рочно-сварочные работы (МК/КТП) представ­ лена в табл.

-

ручная сборка, МС

-

или

рабочего (сборщик или сварщик). В графе «Р» дают разряд рабочего.

19.1.

Кодовое обозначение

В графу «УТ»

операции указыва­

ют в МК, КТП (КТТП) в графе «Код, наимено­

В графе «КР»

вание операции» на строке с символом «А», в

ОК в графе «Код операции»,

в ВО (ВОб) на

строке с символом «В» в графе «Код, наимено­

«Условия труда»

-

-

щих»

«Количество работаю­

-

указывают число занятых на операции

В графе «КОИД» операции

соответ­

впи­

рабочих.

вание операции».

Кодовое обозначение

-

сывают индекс: легкие (Л) или вредные (В).

временно

-

изготовляемых

«Количество одно­ деталей»

-

вносят

число деталей при выполнении одной опера­

ствует структуре:

ции.

1

2

3

4

5

Х

Х

Х

Х

Х

В графе «ЕН» ния»

-

«Единица нормирова­

-

называют норму расхода материала или

норму времени.

В графе «ОП»

-

«Объем партию)

-

указы­

вают ее объем в условиях серийного производ­ ства в штуках.

Кодовые ных

табл.

операций

обозначения (поз.

1 -

4)

приведены

в

19.2. Поз.

5, 6

Графа <<Кшт»

сборочно-свароч­

устанавливают конкретизацию

В графе «Обозначение документа» ука­ зывают обозначения нормативных документов, выполнении

данной

Карта МКlКТП содержит строки А,

-

описание

оборудования;

название операции и ее номер; Б

ция/материалы; Р

-

КIМ

многостаночному

заполняют.

В графах «Тп .- з » и «Тшт » указывают нормы

-

Б,

-

комплекта­

штучного

времени на выполнение операций, выбираемые

на основе общемашиностроительных и отрас­ левых нормативов.

Информация, вносимая в строку с симво­

операции.

К1М, Р (А

«Коэффициент штучного

подготовительно-заключительного и

ствии со спецификой отрасли).

при

-

соответствует

обслуживанию, и для сварочных работ ее не

признаков классификации и кодов (в соответ­

применяемых

-

времени»

лом

В графе «Наименование деталю) дают

<
ее название по ЕСТд, допускается указывать в этой графе марку материала. Графы «Обозначение, код» и «ОПП» (от­

режим).

Информация, вносимая в строку с симво­

куда поступает партия) заполняют в соответст­

лом «А». В графах «Цех», «Уч.», «РМ» строки

вии с ЕСТД, обычно в графе «ОПП» сообщают

указывают соответственно номер (код) цеха,

номер цеха.

В

участка, рабочего места, где выполняется опе­

рация (или их буквенные наименования). В графу «Опер.» заносят номер операции.

массы»

графе

-

В графе «ЕН»

В графе «Код, наименование операции»

-

ния»

рации ТП.

килограммах.

лом «Б». В графу «Код, наименование обору­ дования» вписывают его код, краткое наимено­

вание или модель и инвентарный номер.

«Единица

-

изделия

измерения в

килограм­

мах.

указывают унифицированное обозначение опе­

Информация, вносимая в строку с симво­

«ЕМ»

приводят массу

-

«Единица нормирова­

указывают норму расхода материала в

В графу «КИ» вписывают число изготов­ ляемых изделий. В графе «Н расх » указывают норму расхода материалов.

19.1. Техиолоrnч .. "ая "арта МК/КТП сборочио-сварочиыхработ Разраб. Предпрнятие

Нач.бюро

Номер комплекта

Номер н:щелия

документов

Нормир.

Н.-контр.

I

уч·1 РМ Опер.

А

Цех

Б

Код, наименование оборудования

к/м Р

I

2 3 4 5

6

7 8 9 10

Обозначение документа

Код. наименование операции

см

Наименование детали. сб. еднниuы или материала

I Проф. I Р I УТ

КР

I КОИД

Обозначение, КОД Тип

Катет

Длина

Положен.

ЕН

ОП

К=

000

ЕМ

ЕН

Поляр.

и,

I т"

lки Ia

Т=

Н"'"

' ....

ПРОЕКТИРОВАНИЕТПСВАРКИ

19.2. КОДЫ

447

сборочио-сварочиых операций

Форма записи операции

Код

Сварка

9000

Контактная сварка

9010

Диффузионная сварка

9020

Дуговая сварка

9030

Дуговая сварка:

-

покрыты м электродом

9031

-

порошковой проволокой

9034

-под флюсом

9035

-

В инертных газах плавящимся электродом

9039

-

в инертных газах неплавящимся электродом с присадочным металлом

9041

-

в инертных газах неплавящимся электродом без присадочного металла

9042

-

в углекислом газе сплошной проволокой·

9043

- В углекислом газе порошковой проволокой

9044

-

В углекислом газе неплавящимся электродом с присадочным металлом

9045

-

в углекислом газе неплавящимся электродом без присадочного металла

9046

-

в смеси инертных и активных газов плавящимся электродом

9051

-

в вакууме плавящимся электродом

9056

-

в вакууме неплавящимся электродом с присадочным металлом

9057

-

в вакууме неплавящимся электродом без присадочного металла

9058

Электрошлаковая сварка

9061

Электрон но-лучевая сварка

9062

ПЛазменная сварка

9063

Газовая сварка

9068

Резка:

-

кислородная

9172

-

кислородно-Флюсовая

9176

-

плазменно-дуговая

9176

Операция: -сборочно-подготовительная

8862

-

сборочно-монтажная

8863

-

слесарно-сборочная

8864

Термическая обработка

5000

Комплексный контроль геометрических параметров

0260

448

Глава

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

19.

Окончание табл. Форма записи операции

19.2

Код

Контроль неразрушающий:

-

акустический

0376

-

вихретоковый

0377

-магнитный

0378

-

радиационный

0382

-

проникающими веществами

0386

Испытания:

-

механические

0620

-

на герметичность

0675

Перемещение

0400

Транспортирование

0401

Складирование

0440

Правка

2156

Комплектование

0418

Крепление

0112

Базирование

8801

Разметка

0101

Гибка

2129

Информация, вноcu.мая в строку с симво­ лом «М». В графе «Материал» указывают сор­ тамент, марку материала, размер, обозначение

стандарта или ТУ. диаметр

напряжение, ток и скорость подачи проволоки.

При записи примеияют условные обозна­ чения, приведенные в табл.

При сварке в этой графе дают также мар­ ку,

миллиметрах, положение шва, полярность тока,

присадочного

электродов, а при пайке

-

материала,

размер

В

строках,

МК/КТП

19.3.

обозначенных

номерами,

указывают

в

карте

содержание

марку, вид припоя

технологических операций и переходов с ин­

(проволока, фольга, порошок), диаметр и тол­

дексом «О». При этом установки обозначают

щину припоя, данные о флюсах, средах.

буквами А, Б, В и т.д.

При раскрое

материалов

в этой

графе

указывают профиль и размер исходной заго­ товки, общее число получаемых из нее деталей, коэффициент

раскроя

материала

заготовки,

норму расхода материала и Т.П.

лом <<Р». В соответствующие графы вписывают информацию

о

технологических

заполнения

Разработанные

строк

карты

19.4 и 19.5.

ТП утверждают

в уста­

новленном порядке. Подписи лиц, разработав­ шего и проверившего документ, а также ответ­

Информация, вносимая в строку с симво­

режима сварки: тип

Примеры

МК/КТП приведены в табл.

параметрах

шва, катет и длину шва в

ственного

за

нормоконтроль,

обязательны.

(Если все разрабатывал один человек, то он ставит свою подпись один раз работал».)

-

в графе «Раз­

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТП СВАРКИ

19.3. Буквенные обозначення Показатель

449

н знаки Обозначенне

Длина

L,l

Ширина

В,Ь

Высота, глубина

H,h

Толщина

S

Диаметр

D,d

Радиус

R,r

Межосевое и межцентровое расстояния

А,а

Углы

0.,

13, у и др.

Ширина шва

В

Выпуклость шва

G

Шаг прерывистого шва Катет углового шва Вогнутость углового шва

Т

K,~ ь­

Расчетная высота углового шва

р

Толщина углового шва

А

Сила тока Напряжение дуги

Напряжение холостого хода источника питания

1 Ид Их • х

Скорость: -сварки

-

подачи проволоки

Количество ПЛотность

Количество наплавленного металла

V CB Vп.п

N,n р

Qи

Коэффициент наплавки Притупление кромок

с

Положение шва: -в лодочку

л

-нижнее

н

-

горизонтальное

г

-

полугоризонтальное

-

потолочное

-

полупотолочное

-

вертикальное

-

полувертикальное

ПГ

П

ПП в

П.

Полярность: -прямая

П

-обратная

о

Коэффициент загрузки оборудования

15 - 10498

Кз

19.4. Прнмер "полнении А

Б КIМ

Цех I уч·1 РМ I Опер. IКод, наименование операции Код, наименование оборудования

см

(lл) I 8ал(СтЗ. 380-71)

М04

Эле.-rpoд УОНИ-13I45-З,0-2

М05

Проволок. сварочная Св-08Г2С; D

Р07

проф

I

р

I УТ

КР

КОИД

Обозначение, код

Тип

151 021125101511411

,<1'>, Обозначение докумсma

Наименование детали, сб.едкницы или материала

р

К02

строк «К». «М».

Катет

Длин.

7

48

3

200

185

Положен.

00

1

ЕН

ОП

К_

Т,.,

000

ЕМ

ЕН

кн

Поляр.

и,

112

-

П

20

1

Т=

Н"'"

/Q

у"..

1

0,750

120

16

ГОСТ

= 1,2; Н = 12

-

Н

19.5. А

Цех

Уч.

РМ

Опер.

Оример заполнении строк с символами «А» н «Б~~ Обозначение документа

Код. наименование операции

Б

Код, наименование оборудования

КIМ

Наименование детали. сб. единицы или материала

СМ

Р

УТ

КР

КОИД

Обозначение. код

Тип

Р

прпф

Катет

Дпииа

Положен.

ЕН

ОП

К=

Т,.,

Т=

опп

ЕМ

ЕН

ки

Н_

Поляр.

__

l~

U.

Сварщ.

3

-

1

Слее.

3

-

2

3

Сварщ.

3

-

1

34,80

4

Слее.

3

-

2

154,00

АОl

12

2

Дуговая сварка в углекислом газе СПЛОШНОЙ проволо-

01

112

20

904301,

механизированная

1

1 I

10

-

-

34,80 77,00

кой С короткими замыканиями

Б05

6 7 8 9 10

Кран

Q = 10 Т,

ннв.

N. 10,

полуавтомат ПДГ-516

Веего

188,80

452

Глава

19.2.

19.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА

СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В разделе представлен перечень государст­ вeННbIX craндapтoB по сварочному произвоДству

m

И смежным

по состоянию на

включающий в себя

>300

1.01.2001

Г.,

наименований. Все

стандарты разделены на четыре группы. В пер­ вую группу (табл.

19.6)

объединены стандарты

для всех видов сварки, наплавки, пайки и тер­ мической

резки;

во

вторую

группу

входят

стандарты на основные и сварочные материалы

(табл.

19.7),

третью группу составляют стан­

дарты на сварочное оборудование и техноло­ гическую

оснастку

(табл.

обеспечения

безопасности

труда

19.9).

Здесь приняты следующие сокращения: ЕСКД

Единая система конструкторской

-

документации;

ЕСТД

Единая система технологической

-

документации;

ЕСТПП

-

Единая система технологиче­

ской подготовки производства;

СПКП

-

Система показателей качества

продукции;

ССБТ

-

Система стандартов безопасности

труда.

четвертую

Звездочкой отмечены стандарты, в кото­

группу составляют стандарты на виды, методы

рых есть изменения. Две звездочки говорят о

и

том, что изменения вносились дважды.

средства

(табл.

сварных соединений и конструкций, а также

средства

контроля

19.6.

19.8),

качества

материалов,

Стаидарты иа виды сварки, иаплавки, пайки и термической резки

Номер

Наименование

19521-74

Сварка металлов. Классификация

2601-84

Сварка металлов. Термины и определения основных понятий

2.312-72*

ЕСКД. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений

2.313-82

ЕСКД. Условные изображения и обозначения швов неразъемных соединений

3.1502-85

ЕСТД. Правила оформления документов на технический контроль

3.1705-81

ЕСТД. Правила записи операций и переходов. Сварка

3.1704-81*

ЕСТД. Правила записи операций и переходов. Пайка и лужение

29297-92

Сварка, высокотемпературная и низкотемпературная пайка, пайкосварка метал­ лов. Перечень и условные обозначения процессов

14249-89

Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность

17349-79

Пай ка. Способы

17325-79*

Пай ка. Термины и определения

19248-90

Припои. Классификация

19249-73*

Соединения паяные. Основные типы и параметры

11969-79*

Сварка металлов. Обозначения основных положений сварки плавлением

5264-80*

Швы сварных соединений. Ручная электродуговая сварка. Основные типы и конструктивные элементы

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Окончание табл. Номер

453 19.6

Наименование

11534-75'

Ручная дуговая сварка. Соединения сварные под острыми и тупыми углами

8713-79'

Швы сварных соединений. Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. Основные типы и конструктивные элементы

11533-75'

Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. Соединения свар­ ные под острыми и тупыми углами

15164-78'

Электрошлаковая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктив­ ные элементы и размеры

14771-76'

Дуговая сварка в зашитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конст­ руктивные элементы и размеры

14776-69'

Швы сварных соединений электрозаклепочные. Основные типы и конструктив­ ные элементы

16037-80'

Швы сварных соединений стальных трубопроводов. Основные типы и конст­ руктивные элементы

16098-80'

Швы сварных соединений из двухслойной коррозионно-стойкой стали. Основ­ ные типы и конструктивные элементы

14806-80'

Швы сварных соединений. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов. Основные типы и конструктивные элементы

16038-80'

Швы сварных соединений трубопроводов из меди и медно-никелевого сплава. Основные типы и конструктивные элементы

16310-80'

Швы сварных соединений из винипласта и полиэтилена. Основные типы и кон­ структивные элементы

14792-80

Кислородная и плазменно-дуговая резка. Точность деталей и заготовок и каче­ ство поверхности реза

15878-79

Соединения

сварные,

выполняемые контактной

электросваркой. Основные

типы и конструктивные элементы

20549-75'

Диффузионная сварка в вакууме рабочих элементов разделительных и формо­ образующих штампов. Типовой технологический процесс

23338-91

Сварка металлов. Методы определения содержания диффузионного водорода в наплавленном металле и металле шва

23870-79

Свариваемость сталей. Метод оценки влияния сварки плавлением на основной металл

25997-83

Сварка металлов плавлением. Статистическая оценка качества по результатам неразрушающего контроля

454

Глава

19.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

19.7. Стандарты

на основные и сварочные материалы Наименование

Номер

Основные материалы

380-94

Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки и общие технические тре­ бования

1050-88' 16523-97

Сталь углеродистая качественная конструкционная Сталь листовая углеродистая качественная и обыкновенного качества общего назначения

9045-93

Сталь тонколистовая холоднокатаная малоуглеродистая качественная для хо­ лодной штамповки

4543-71

Сталь легированная конструкционная. Марки и технические требования

1051-73'

Сталь качественная калиброванная

1435-99

Сталь инструментальная углеродистая

5950-2000

Сталь инструментальная легированная

6713-91

Сталь углеродистая и низколегированная конструкционная для мостостроения.

Марки и технические требования

5520-79'

Сталь листовая углеродистая и низколегированная для котлостроения и сосу­ дов, работающих под давлением. Технические требования

5521-93'

Сталь свариваемая для судостроения. Марки, сортамент, технические требова­ ния

19281-89'

Сталь низколегированная сортовая и фасонная

535-88'

Сталь сортовая низколегированная и углеродистая обыкновенного и повышен­ ного качества

5157-83'

Сталь прокатная. Профили разных назначений. Сортамент

8239-89

Сталь горячекатаная. Балки двутавровые. Сортамент

8509-93

Сталь прокатная, угловая равнополочная. Сортамент

8510-86'

Сталь прокатная, угловая неравнополочная. Сортамент

8240-97

Сталь горячекатаная. Швеллеры. Сортамент

2590-88

Сталь горячекатаная круглая. Сортамент

5781-82'

Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций

10884-94

Сталь стержневая арматурная термически упрочненная периодического профиля

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Продолжениетабл. Номер

5632-72'

455

19.7

Наименование

Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и

жаропрочные. Марки и технические требования

19903-74'

Сталь листовая горячекатаная. Сортамент

19904--90

Сталь листовая холоднокатаная. Сортамент

10885-85'

Сталь листовая горячекатаная двухслойная коррозионно-стойкая

503-81'

Лента стальная холоднокатаная из низкоуглеродистой стали

19851-74'

Лента из углеродистой стали холоднокатаная резаная

2283-79'

Лента стальная холоднокатаная из инструментальной и пружинной стали

4986--79'

Лента холоднокатаная из коррозионно-стойкой и жаростойкой стали

103-76'

Сталь прокатная полосовая. Сортамент

19771-93

Уголки стальные гнутые равнополочные. Сортамент

19772-93

Уголки стальные гнутые неравнополочные. Сортамент

8278-83'

Швеллеры стальные гнутые равнополочные. Сортамент

8281-80'

Сталь холодногнутая. Швеллеры неравнополочные. Сортамент

13229-78'

Сталь холодногнутая зетовая равнополочная. Сортамент

8282-83'

Профили стальные гнутые С-образные равнополочные. Сортамент

8283-93

Сталь холодногнутая корытная равнополочная. Сортамент

9234--74'

Профили стальные гнутые листовые с трапециевидным гофром. Сортамент

14635-93

Сталь холодногнутая специальных профилей для вагоностроения. Сортамент

11069-2001

Алюминий первичныЙ. Марки

4784--97

Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки

21631-76'

Листы из алюминия и алюминиевых сплавов

859-78'

Медь. Марки

495-92

Листы и полосы медные

931-90

Листы и полосы латунные

2060-90"

Прутки латунные

456

Глава

]9.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Продолжение табл. Номер

Наименование

5063-73'

Полосы из медно-никелевых сплавов

2584-86'

Провода контактные из меди и ее сплавов

1761-92

Полосы и ленты из оловянно-фосфористой и оловянно-цинковой бронз

4748-92

Полосы и ленты из кремнисто-марганцовой бронзы

19739-74'

Полосы из припое в серебряных

13498-79

Платина и платиновые сплавы. Марки

977-88

J 9.7

-

бронз

Orливки из конструкционной нелегированной и легированной стали. Марки и

технические требования

1412-85

Orливки из серого чугуна

1215-79"

Orливки из ковкого чугуна

7293-85

Orливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом

10354-82'

Пленка полиэтиленовая

10007-80'

Фторопласт-4

481-80'

Паронит

3262-75'

Трубы стальные водогазопроводные

8696--74'

Трубы стальные электросварные со спиральным швом. Общего назначения

10704-91

Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент

10705-80'

Трубы стальные электросварные. Технические требования

10706--76'

Трубы стальные электросварные, прямошовные. Технические требования

10707-80'

Трубы стальные электросварные холоднотянутые и холоднокатаные. Сортамент

20295-85

Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепровоДов

5005-82'

Трубы стальные электросварные для карданных валов

12132-66'

Трубы стальные электросварные и бесшовные для мотовелопромышленности

11249-80'

Трубы стальные свертные паяные двухслойные

8732-78'

Трубы стальные бесшовные горячекатаные. Сортамент

8734-75'

Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент

9941-81

Трубы бесшовные холодно- и теплодеформированные из коррозионно-стойкой стали

18599-83

Трубы напорные из полиэтилена

НОРМАТИННЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Продолжениетабл. Номер

457

19.7

Наименование

Сварочные материалы. Сварочная проволока, прутки, электроды

2246-70'

Проволока стальная сварочная

10543-98

Проволока стальная наплавочная

9389-75"

Проволока стальная углеродистая пружинная

14963-78'

Проволока стальная легированная пружинная

1071-81'

Проволока стальная пружинная термически обработанная

7348-81'

Проволока стальная круглая для армирования предварительно напряженных

железобетонных конструкций

18143-72'

Проволока из высоколегированной коррозионно-стойкой и жаростойкой стали

13843-78'

Катанка алюминиевая

7871-75'

Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов

5307-77'

Проволока константановая неизолированная

2179-75'

Проволока из никеля и кремнистого никеля

8803-89'

Проволока нихромовая микронных размеров

16130-90

Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные

10988-75'

Прутки из бескислородной меди для электровакуумной промышленности

15527-70'

Славы медно-цинковые (латуни), обрабатываемые давлением. Марки

1066-90

Проволока латунная

5222-72'

Проволока из кремнемарганцовой бронзы. Сортамент и технические условия

18903-73'

Проволока вольфрамовая. Сортамент

18905-73'

Проволока молибденовая. Сортамент

19746-74'

Проволока из припоев серебряных

16130-90

Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные. Техниче­ ские условия

21448-75'

Порошки из сплавов для наплавки. Технические условия

7222-75'

Проволока из золота, серебра и их сплавов

458

Глава

19.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Продолжение табл.

19.7

Наименование

Номер

18389-73'

Проволока из платины и ее сплавов

18390-73"

Проволока из палладия и его сплавов

19351-74'

Проволока из иридия и родия

23949-80

Электроды вольфрамовыесварочные неплавящиеся. Техническиеусловия

21449-75'

Прутки для наплавки

25444-90

Электроды прямые и электрододержатели для контактной точечной сварки.

Посадки конические. Размеры

26101-84' 26271-84'

Проволока порошковая наплавочная. Техническиеусловия Проволока порошковая для дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей. Общие технические условия

1535-91'

Прутки медные

26467-85

Лента порошковая наплавочная. Общие технические условия

5.1215-72

Электроды металлические марки АНО-4 дЛЯ дуговой сварки малоуглеродистых конструкционныхсталей. Требования к качеству аттестованной продукции

9466-75'

Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и на­

плавки. Классификация,размеры и общие технические требования

9467-75'

Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкци­ онных и теплоустойчивыхсталей. Типы

10051-75'

Электроды покрытые металлическиедля ручной дуговой наплавки поверхност­ ных слоев с особыми свойствами. Типы

10052-75'

Электроды покрытые металлическиедля ручной дуговой сварки высоколегиро­ ванных сталей с особыми свойствами. Типы Припои

23137-78

Припои медно-цинковые

23904-79

Пайка. Метод определения смачивания материалов припоями

20485-75'

Пайка. Метод определения затекания припоя в зазор

19738-74'

Припои серебряные. Марки

20487-75'

Пайка. Метод испытаний для оценки влияния жидкого припоя на механические свойства паяемого материала

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Окончание табл. Номер

21547-76' 21548-76'

459 19.7

Наименование

Пай ка. Метод определения температуры распайки Пай ка. Метод выявления и определения толщины прослойки химического со­ единения

21549-76'

Пайка. Метод определения эрозии паяемого материала

21930-76'

Припои оловянно-свинцовые в чушках. Технические условия

21931-76'

Припои оловянно-свинцовые в изделиях. Технические условия Флюсы

9087-81'

Флюсы сварочные плавленые. Технические условия

22974.022974.14-96

Флюсы сварочные плавленые. Методы химического анализа

23178-78'

Флюсы паяльные высокотемпературные фторборатно- и боридногалогенидные. Технические условия

21639.021639.11-76'

Флюсы для электрошлакового переплава. Общие требования и методы опреде­

19250-73

Флюсы паяльные. Классификация

28555-90

Флюсы керамические для дуговой сварки углеродистых и низколегированных

ления составляющих

сталей. Общие технические условия Газы

5583-78'

Кислород газообразный технический и медицинский

6331-78'

Кислород жидкий технический и медицинский

3022-80'

Водород технический

9293-74'

Азот газообразный и жидкий

10157-79'

Аргон газообразный и жидкий

12162-77'

Двуокись (диоксид) углерода твердая (сухой лед)

8050-85'

Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия

5457-75'

Ацетилен растворенный и газообразный технический

460

Глава

19.8.

19.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Стандарты на сварочное оборудование и сборочно-сварочную оснастку

-----

.

Номер

Наименование

Сварочное оборудование

304-82' 2402-82'

Генераторы постоянного тока для электродуговой сварки Агрегаты для дуговой сварки с двигателем внутреннего сгорания. Технические требования

7237-82'

Преобразователи сварочные для дуговой электросварки с генераторами посто­ янноготока

10594-80'

Оборудование для дуговой сварки. Ряд номинальных токов

7237-82'

Преобразователи сварочные. Общие технические условия

297-80'

Машины контактные. Общие технические условия

13821-77'

Выпрямители с крутопадающими внешними характеристиками для дуговой сварки. Основные параметры и технические требования

95-77'

Трансформаторы однофазные однопостовые для ручной электродуговой сварки

7012-77"

Трансформаторы однофазные однопостовые для автоматической электродуго­ вой сварки под флюсом. Технические условия

25616-83

Источники питания для дуговой сварки. Методы испытания сварочных свойств

4.140-85'

СПКП.Оборудованиеэлектросварочное. Номенклатура показателей

8213-75Е'

Автоматы для дуговой сварки плавящимся электродом самоходные

14651-78'

Электрододержатели для ручной дуговой электросварки. Основные параметры и технические требования

17450-78'

Тиратроны импульсные. Основные параметры

17452-78

Иrнитроны. Основные параметры

16165-80

Генераторы транзисторные ультразвуковые для технологических установок. Общие технические условия

18130-79'

Полуавтоматы шланговые для электродуговой сварки плавящимся электродом

297-80'

Машины электросварочные контактные. Общие технические требования

22990-78'

Машины контактные. Термины и определения Оборудование для газоnламенной обработки и nайки

13045-81'

Ротаметры общепромышленные

4.41-85'

СПКП. Машины для термической резки металлов. Номенклатура показателей

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ

461

Продолжение табл. Номер

1077-79"

19.8

Наименование

Горелки однопламенные универсальные для ацетиленокислородной сварки,

пайки и подогрева. Типы, основные параметры и общие технические требования

5191-79"

Резаки инжекторные для ручной кислородной резки. Типы, основные парамет­ ры и общие технические требования

5614-74"

Машины для термической резки металлов. ТИПЫ,основные параметры и размеры

13861-89

Редукторы баллонные для газопламенной обработки. Присоединительные эле­ менты и технические требования

9356-75"

Рукава резиновые для газовой сварки и резки металлов

18698-79"

Рукава резиновые напорные с текстильным каркасом

5191-79"

Резаки инжекторные для ручной кислородной резки. Технические требования

10796-74"

Резаки ручные воздушно-дуговые. Типы и основные параметры

5614-74"

Машины для термической резки металлов. Типы, основные параметры и разме­ ры

5.917-71

Горелки ручные для аргонодуговой сварки типов РГА-150 и РГА-400. Требова­ ния к качеству аттестованной продукции

2402-82"

Агрегаты сварочные с двигателями внутреннего сгорания. Общие технические условия

29090-91

Материалы, используемые в оборудовании для газовой сварки, резки и анало­

гичных процессов. Общие требования

29091-91

Горелки ручные газовоздушные инжекторные. Технические требования и мето­ ды испытаний

949-73"

Баллоны стальные малого и среднего объема для газов на Рр

(:5 200 кгс/см2 )

:5 20

МПа

5.917-71

Горелки ручные для аргонодуговой сварки

17356-89

Горелки газовые. Термины и определения

1077-79"

Горелки однопламенные универсальные для ацетиленокислородной сварки, пайки и подогрева

12221-79

Аппаратура для плазменно-дуговой резки металлов. Типы и основные параметры Сборочно-сварочная оснастка

19140-94

Вращатели сварочные горизонтальные двухстоечные. Типы, основные пара­ метры и размеры

462

Глава

19.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Продолжение табл. Номер

19141-94

19.8

Наименование

Вращатели сварочные вертикальные. Типы, основные параметры и размеры

спкп. Оборудование сварочное механическое. Номенклатура показателей

19143-94

Манипуляторы сварочные. Типы, основные параметры и размеры

19140-94

Вращатели сварочные горизонтальные двухстоечные. Типы, основные пара­ метры и размеры

19141-94

Вращатели сварочные вертикальные. Типы, основные параметры и размеры

19143-94

Вращатели сварочные универсальные. Типы, основные параметры и размеры

21694-94

Оборудование сварочное механическое. Общие технические условия

23556-95

Колонны для сварочных автоматов. Типы, основные параметры и размеры

25445-82

Барабаны, катушки и сердечники для сварочной проволоки. Основные размеры

26054-85·

Роботы промышленные для контактной сварки. Общие технические условия

26056-84·

Роботы промышленные для дуговой сварки. Общие технические условия

26408-85·

Колонны для сварочных полуавтоматов. Типы, основные параметры и размеры

27387-87

Роботы промышленные для контактной точечной сварки. Основные параметры и размеры

27776-88

Модули производственные гибкие дуговой сварки и пл~~менной обработки. Основные параметры

28332-89

Модули производственные гибкие дуговой сварки. Нормы надежности и ос­

новные требования к методам контроля

28920-95

Вращатели сварочные роликовые. Типы, основные параметры и размеры

28944-91

Оборудование сварочное механическое. Методы испытаний

30220-95

Манипуляторы для контактной точечной сварки. Типы, основные параметры и размеры

30260-96

Оборудование для наплавки поверхностей тел вращения. Типы, основные па­ раметры и размеры

30261-96

Оборудование для сварки кольцевых швов. Типы, основные параметры и раз­ меры

30275-96

Манипуляторы для контактной точечной сварки. Общие технические условия

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ

463

Окончание табл.

19.8

Номер

Наименование

31.211.41-93

Детали и сборочные единицы сборно-разборных приспособлений для сбороч­

но-сварочных работ. Основные конструктивные элементы и параметры. Нормы точности

31.211.42-93

Детали и сборочные единицы сборно-разборных приспособлений для сбороч­ но-сварочных работ. Технические требования. Правила приемки. Методы кон­ троля. Маркировка, упаковка, транспортировка и хранение

31.2031.01-91

Приспособления сборно-разборные переналаживаемые для сборки деталей под сварку. Типы, параметры и размеры

31.2031.02-91

Приспособления сборно-разборные переналаживаемые для сборки деталей под сварку. Технические условия

30295-96

Кантователи сварочные. Типы, основные параметры и размеры Прочие конструкции и элементы

12169-82 17131-71·

Заготовки стальные, вырезанныекислороднойрезкой. Припуски Опоки литейные сварные из литых стальных элементов прямоугольныеразме­ рами в свету: длиной от

500 мм. 2715-75·

1000

до

1200

мм, шириной

700, 800

мм, высотой

450,

Конструкция и размеры

Сетки металлические проволочные. Типы. Параметры и основные предельные размеры

8478-81·

Сетки сварные для армирования железобетонных конструкций. Сортамент и технические требования

14098-91

Соединения сварные арматуры железобетонных изделий и конструкций. Кон­ тактная и ванная сварка. Основные типы и конструктивные элементы

228-79·

Цепи якорные, сварные детали и узлы. Размеры и технические требования Аппаратура

8711-93

Амперметры и вольтметры. Технические требования

17791-82

Приборы электронно-лучевые. Термины и определения

2405-88

Манометры, вакуумметры и мановакуумметры показывающие. Общие техни­

ческие требования

13717-84··

Приборы манометрического принципа действия показывающие электрокон­ тактные

13646-68·

Термометры стеклянные ртутные для точных измерений

577-68·

Индикаторы часового типа с ценой деления

0,01

мм

464

Глава

19. СТАНДАРТИЗАЦИЯ

19.9. Стандарты

И СЕРТИФИКАЦИЯ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

на виды и методы контроля качества материалов, сварных соединений и конструкций и средства безопасности труда

Номер

Наименование

Контроль качества сварных соединений и конструкций

16504-81

Качество продукции. Контроль и испытания. Основные термины и определения

3242-79

Швы сварных соединений. Методы контроля качества

18353-79

Контроль неразрушающиЙ. Классификация методов

18442-80'

Качество продукции. Неразрушающий контроль. Капиллярные методы

14782-86

Швы сварных соединений. Методы ультразвуковой дефектоскопии

12503-75'

Сталь. Методы ультразвукового контроля. Общие требования

17410-78'

Трубы металлические бесшовные цилиндрические. Метод ультразвуковой де­ фектоскопии

21397-81'

Контроль неразрушающиЙ. Комплект стандартных образцов для ультразвуко­

вого контроля полуфабрикатов и изделий из алюминиевых сплавов. Основные параметры и технические требования

7512-82'

Контроль неразрушающиЙ. Соединения сварные. Радиографический метод

23055-78'

Контроль неразрушающиЙ. Сварка металлов плавлением. Классификация свар­

ных соединений по результатам радиографического контроля

20426--82

Контроль неразрушающиЙ. Радиационные методы дефектоскопии. Область применения

20415-82

Контроль неразрушающиЙ. Методы акустические. Общие.....'lоложения

16971-71

Швы сварных соединений

из винипласта,

поливинилхлоридного

пластика и

полиэтилена. Методы контроля качества. Общие требования

6996--66'

Сварные соединения. Методы определения механических свойств

12004-81'

Сталь арматурная. Методы испытаний на растяжение

1497-84'

Металлы. Методы испытаний на растяжение

9454-78'

Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах

14019-80'

Металлы. Методы технологических испытаний на изгиб

23046--78'

Соединения паяные. Методы испытаний на удар

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Продолжение табл. Номер

10922-90

465

19.9

Наименование

Арматурные изделия и закладные детали сварные для железобетонных конст­ рукций. Технические требования и методы испытаний

23240-78·

Конструкции сварные. Метод оценки хладостойкости по реакции на ожог сва­

рочной дугой

23518-79

Дуговая сварка в защитных газах. Соединения сварные под острыми и тупыми

угл~и. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

26126-84·

Контроль неразрушающиЙ.

Соединения паяные. Ультразвуковые методы кон­

троля качества

7122-81

Швы сварные и металл наплавленный. Методы отбора проб для определения химического состава

10243-75·

Сталь. Методы испытаний и оценки макроструктуры

5640-68

Сталь. Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты

6032-89

Стали и сплавы. Методы испытания на межкристаллитную коррозию феррит­ ных, аустенитно-мартенситных,

аустенитно-ферритных

и аустенитных корро­

зионно-стойких сталей и сплавов на железоникелевой основе

13585-68·

Сталь. Метод валиковой пробы для определения допускаемых режимов дуго­ вой сварки и наплавки

5639-82

Сталь. Методы выявления и определения величины зерна

8233-56

Сталь. Эталоны микроструктуры

1778-70·

Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений

1763-68·

Сталь. Методы определения глубины обезуглероженного слоя

1429.9-77·

Припои оловянно-свинцовые.

Методы определения химического состава (де­

вять стандартов)

26126-84·

Контроль неразрушающиЙ. Соединения паяные. Ультразвуковые методы кон­ троля качества

23046-78·

Соединения паяные. Метод испытаний на удар

21548-76·

Пай ка. Метод выявления и определения толщины прослойки химического со­ единения

21547-76·

Пай ка. Метод определения температуры распайки

21549-76·

Пайка. Метод определения эрозии паяемого материала

466

Глава

19.

СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Продолжение табл. Номер

26388-84*

19.9

Наименование

Соединения сварные. Методы испытаний на сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке плавлением

20485-85 20487-85

Пайка. Методы определения заполнения зазора припоем Пайка. Метод испытаний для оценки влияния жидкого припоя на механические свойства паяемого материала

26389-84*

Соединения сварные. Методы испытаний на сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке плавлением

27580-88

Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соедине­ ния сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

16865-79'

Аппаратура рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализа. Термины и определения

28277-89

Контроль неразрушающиЙ. Соединения сварные. Электрорадиографический метод. Общие требования

28915-91

Сварка лазерная импульсная. Соединения сварные точечные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

24167-80

Соединения паяные. Метод испытаний на изгиб

24715-81

Соединения паяные. Метод контроля качества

28830-90

Соединения паяные. Методы испытаний на растяжение и длительную проч­ ность

23667-85

Контроль неразрушающиЙ. Дефектоскопы капиллярные. Общие технические требования и методы испытаний

23702-90

Контроль неразрушающиЙ. Дефектоскопы ультразвуковые. Мртоды измерения основных параметров

25225-82

Контроль неразрушающиЙ. Швы сварных соединений трубопроводов. Магни­ тографический метод

24034-80

Контроль неразрушающий радиационный. Термины и определения

21104-75*

Контроль неразрушающиЙ. Магнитно-феррозондовый метод

24289-80

Контроль неразрушающий вихретоковый. Термины и определения

21105-87

Контроль неразрушающиЙ. Магнитопорошковый метод

24054-80

Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытаний на герметич­

ность. Общие требования

24522-80

Контроль неразрушающий капиллярный. Термины и определения

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА СВАРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Окончание табл. Номер

467 19.9

Наимеиоваиие

Средства безопасности труда

4997-75·

Ковры диэлектрическиерезиновые

12.3.003-86·

ССБТ. Работы электросварочные. Общие требования безопасности

12.3.036-84·

ССБТ. Газопламенная обработка металлов. Требования безопасности

12.3.039-85·

ССБТ. Плазменная обработка металлов. Требования безопасности

12.4.001-80 12.1.035-81

'~СБТ. Очки защитные. Термины и определения ССБТ. Оборудование для дутовой и контактной электросварки. Допустимые уровни шума и методы измерений

12.2.007.8-75· ССБТ. Устройства электросварочные и для плазменной обработки. Требования безопасности

12.4.023-84·

ССБТ. Средства индивидуальной защиты. Щитки защитные. Общие техниче­ ские требования и методы испытаний

12.4.035-78·

ССБТ. Средства индивидуальной защиты. Щитки защитные для электросвар­ щиков. Технические условия

12.2.052-81·

ССБТ. Оборудование, работающее с газообразным кислородом. Общие требо­ вания безопасности

12.2.054-81·

ССБТ. Установки ацетиленовые. Требования безопасности

12.2.054.1-89

ССБТ. Установки ацетиленовые. Приемка и методы испытаний

12.2.060-81·

ССБт. Трубопроводы ацетиленовые. Требования безопасности

Р

Герметичность оборудования и аппаратуры для газовой сварки, резки и анало­

50379-92

гичных процессов. Допустимые скорости внешней утечки газа и метод их из­ мерения

Р

50402-92

Устройства предохранительные для горючих газов и кислорода или сжатого воздуха, используемые при газовой сварке, резке и аналогичных процессах.

Основные понятия, общие технические требования и методы испытаний

12.2.007.8-75· ССБТ. Оборудование электросварочное и для плазменной обработки. Требова­ ния безопасности

12.2.008-75·

ССБТ. Оборудование и аппаратура для газопламенной обработки металлов и

термического напыления покрытий. Требования безопасности

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

468 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.

ГОСТ

Сварка

19521-74.

5. металлов.

Классификация.

2.

ГОСТ

ЕСТД. Стадии раз­

работки и виды документов.

3.

ГОСТ

3.1705-81.

ЕСТД. Правила за­

писи операций и переходов. Сварка.

4.

ГОСТ

3.1105-84.

ЕСТД.

Правила

оформления документов общего назначения.

3.1502-85.

ЕСТД.

Правила

троль.

. 3.1102-81.

ГОСТ

оформления документов на технический кон­

6.

ГОСТ

3.1118-82.

ЕСТд. Формы и

правила оформления маршрyrных карт.

7. Государственные стандарты. Указа­ 2001 г. Т. 1. М.: ИПК «Изд-во стандар­ тов», 2001.329 с. 8. Едииая система технологической до­ тель

кументации: тов,

Сб. лекций. М.: Изд-во стандар­

1977. 192 с.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ А

Авторадиография

277

Алгоритм управляющий расчета режимов и

технических норм времени

390

Аппаратура рентгеновская импульсная 256 Аппараты рентгеновские

Структурная

252 -

схема рентгеновской установки

252

-

плоские

283

поверхностные (Рэлея)

283

продольно-поверхностные продольные

284

282

сдвиговые (поперечные)

283

симметричные

284 сферические 283 цилиндрические 283

Восстановление деталей наплавкой

Время вспомогательное

Б

Бетатроны

259 -

Определение

259 -

линейные

Схема

-

передвижные и переносные

260

сварке сварке

417, 418 -

Вало­

вые выделения вредных веществ

418 -

Оборудование

421, 422

Внброгашение динамическое 424

материалов

-

-

механизированной

394

на установку детали на стол, в приспо­

шовной сварке

-

400

на установку конструкций в приспособ­

ление или на рабочее место

394

Г

423

244 - 247

Влияине на свойства металла шва

-

При

собление или кондуктор при точечной и

Характеристики

Влияиие дефектов на работоспособность кон­

охлаждения

394 - При автома­ 394 - При контактной

на одно перемещение сварщика с инст­

424

Виброизоляция 422,

струкций

401 396

рументом

Графики для определения скорости вса­

Вибродемпфироваиие 423

на обслуживание рабочего места, отдых

тической сварке

260

Вентиляцня общеобменная

420 -

открепление детали

и личные надобности

В

сывания

и

ке400

260 261

стационарные

закрепление

при точечной, шовной и стыковой свар­

ускорителей

-

на

221, 222

394

-

скорости

14

состава пламени

Гамма-дефектоскопы 258

259 259 Глушители шума 426 -

18

для фронтального и панорамного про­ свечивания

шланговые

термической обработки

17 421, 422 Волны ультразвуковые - вытекающие 284 - головные 285 - нормальные 284 Воздухоприемиики

д

Диаграмма АРА шовная модель

42

41 -

Компьютерная

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

470 Дефекты

ний

-

243

клееных и клеесварных соедине­

контактной сварки наплавки

222, 223

-

238

-

на содержание зданий

375 241

238

на

текуший

239 подрезы 238 -поры 239 - прожоги 238 - трещины 240, 241 - шлаковые включения 239 Дефекты сварных соединений - подготовки и сборки 237 -швов 238 Держатели 266 Дефектоскопы - с накладными преобразова­ телями 342 - с проходными преобразователями 343 - ультразвуковые 299 - 301

З Зависимость коэффициента от марки электро-

398

435 Заземлители установок 435 Зануление 438 - Значения стандартных плав­ ких предохранителей 438 Заполнение строк в таблицах 450, 451 Зарплата рабочих - вспомогательных 378 - производственных 378 Затраты - на изготовление сварных конструк­ ций капитальные (единовременные) 373, 374 - на основные материалы 376 - на проектно-конструкторские разработки и опытные работы 374

модернизацию

375

-

на топливо для технологических целей

-

на эксплуатацию инструмента

239

поджоги

376

ремонт и

оборудования

241 240

оксидные пленки

да

375

на смазочные и обтирочные материалы

несплавления

Заземление защитное

вариан­

-

238

непровары

сравниваемых

374

на силовую электроэнергию оборудова­ ния

243

металлические включения наплывы

выполнения

тов тп

242

паяных соединений

кратеры

на работу оборудования, используемого для

Дефекты наружные

-

-

378 375

на эксплуатацию приспособлений

на электроды на

электроэнергию

ских целей -общие

375

376 для

технологиче-

377

378

Защита - атмосферы

-

438 - 440 422 440

от вибраций водоемов

от электромагнитных полей ма источника МП

428 -

427 -

Схе-

Графики рас­

пределения напряженности

428

Защита от ионизирующего излучения 430

-

неиспользованного рентгеновского

-

прямого у-излучения

-

прямого рентгеновского излучения

-

рассеянного у-излучения

-

рассеянного

431

430 431

430

рентгеновского излучения

431 Звукоизоляция жухи

424 -

Ограждения

424 -

Ко­

425

Звукопоглощение

426

Знаки маркировочные 265

и

Изотопы

256

Источники

-

загрязнения

окружающей

сточные воды

417 твердые отходы 417 утилизация 417 энергетические загрязнения

417

среды

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

252 252 - радиоактивные 256 - Радиоактивность 256 - Радиоактивный распад 256, 257 - быстрых нейтронов 258

Источники

ионизирующего излучения

-

-

471

соотношения

длины

массы конструкции

Классификация

-

соотношения

масс

талла и конструкции

-

сварных

швов и

371 наплавленного

унификации сварной конструкции

Ксерография

ме­

371 371

274, 275

К Л Карбиды вольфрамовые (релиты) плавочные материалы Карты

технологические

На­

220 -

Ленты магнитные

221

331

на сборочно-сварочМ

ные работы Кассеты

445, 446 светозащитные 265

Классификация видов НТД

Марки стекол для противолазерных очков

444

Коды сборочно-сварочныхопераций 447 Колебания ультразвуковые

282 - Дифракция 291, 292 - Затухание 286 - Направлен­ ность 285 - Определение 282 - Отраже­ ние 287 - Поляризация 289, 290 - Свой­ ства 285 - Трансформация 287 Контроль - аустенитных швов 327 - на герметичность 348 - Аппаратура 349 - Течь 348 - наплавок 326 - радиометрический 280 - Схема 280 - с помощью позитронов 277 - ультразвуковой 299 - Расшифровка результатов 300 - Средства 299 Коэффициенты - безотказности сварной кон­ струкции 372 - использования вертикальных электро­ дов 436, 437 - использования горизонтального про­ водника 437, 438 - механизации и автоматизации заготови­ тельных работ 371 - механизации и автоматизации свароч­ ных работ по массе наплавленного ме­

талла

-

371

механизации

Способы

165 -

получения

Материалы присадочные Материалоемкость

-

полуфабрикатов

Характеристики

162 83

370

в стоимостном исчислении технологическая

удельная (конструктивная)

Металлы тугоплавкие

370

370 145 -

370

Взаимодействие с

газами

145, 146 - Изменение структуры и 147 - Кристаллизация ме­ шва 147 - Пористость при сварке

свойств в ЗТВ талла

147 Методы измерения объема производства свар­ ных конструкций

и

автоматизации

свароч­

ных работ по протяженности швов

371

-

поправочные для уточнения времени на

-

реверберационные

сварку

416 - высокомарганцо­ вистые аустенитные 21 О - высокохромистые 21 О - из медных сплавов 220 - коррозионно-стойкие 21 О - мартенситные 21 О - перлитные 21 О Материалы композиционные 161 - Виды свя­ зи по поверхностям раздела 164 - Клас­ сификация 162 - Определение 161 - Ос­ новные признаки 162 - Производство 164 - Совместимость компонентов 163 -

Материалы для наплавки

388 425

сезонные для однородной земли

-

натуральный

стоимостный (ценностный) трудовой

366

366

вихретоковый

341 - Методика 341 342 - Схемы 342, 343 - Чувст­ вительность 342

Способы

436

366 366

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

472 -

капиллярные

Аппаратура

344 -

345 -

Деление по способу проникающего ри­ сунка

344 -

Деление по типу прони­

кающего вещества

347 -

346,

Техни­

345 -

Чувствитель­

345 -

348

магнитный

328 -

329 Аппаратура

Обнаружение дефектов параметры

329 -

330, 331 Основные

328

339 - Аппаратура 339 - Сущность 339 Схема контроля 339 - Чувствитель­ ность 339 - магнитопорощковый 334 - Аппаратура 338 - Выявляемые дефекты 334 - Ме­ тодика 336 - Чувствительность 335 МетОДЫ контроля радиационные 248 - Едини­ -

магнитографический

340 -

Методика

цы измерения ионизирующего излучения

248 - 250 -

Классификация

252 -

Связь

единиц в СИ с внесистемными единица­ ми

250

Методы контроля УЗ

- акустико-эмиссионный 298 - дельта-метод 297, 298 - зеркально-теневой 297 - теневой 297 - эхозеркальный 297 - эхометод 296

Методы нанесения покрытий газотермические

224 - газопламенное

напыление

инства и недостатки

227 - Досто­ 228 - Параметры

распыляемого материала

газовое пламя

-

-

228 -

и

его

ввода в

Схема процесса

детонационно-газовое напыление Достоинства и недостатки

228 228 -

228 - Уст­ ройство детонационной пушки 228 - металлизация электродуговая 229 Достоинства и недостатки 230 - Схема процесса 229 - плазменное напыление 225 - Достоин­ ства и недостатки 227 - Классификация 226 - Конструктивные параметры 226 Схема процесса 226 - Энергетические параметры 226

387

аналитический

опытно-статистический

387 387 53 - 55,57,59

сравнительно-расчетный

Микроструктуры соединений

Микротроны 261 MOtЦHOCTЬ

Методы дефектоскопии

-

Методика

Наборы материалов

ческие требования ность

344 -

Методы технического нормирования

ная

сварочных

цехов производствен­

Определение

358 -

358 -

Расчет

358 -

360 - достигнутая 358 - плановая 358 - проектная 358 - среднегодовая 358 Н

Намагничивание Способы

-

комбинированное циркулярное

Наплавка

-

Применение

331 331, 333

331 -

332

332

207

газовая

208

индукционная лазерная

209

208

механизированная

и

автоматическая

под флюсом

207 - плазменная 207 - ручная дуговая покрытыми ми 207 - трением 209 - электроконтактная 209 - электронно-лучевая 208 - электрошлаковая 208 - энергией взрыва 209

электрода-

Напыление вакуумное конденсационное (оса­ ждение)

ности

224 225

Нормативы

Технологические особен­

подготовительно-заключительно­

го времени

396

Нормирование газовой резки

401 -

вы вспомогательного времени

Нормати­

403 -

Ос­

новное время механизированной фигур­

ной резки

402 -

чительное время

Подготовительно-заклю­

403 эффициенты 402, 403

Поправочные ко­

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Охлаждение легированных сталей при сварке

Нормироваиие сварки

-

автоматической

под

флюсом

Вспомогательное время

394 -

393

44, 45 -

Основное

время на сварку стыковых соединений

393 - газовой 398 - Время наплавки 1 см 3 ме­ талла ацетиленокислородным пламенем

398 -

473

Скорости

Охрупчивание

56 -

58 - высокотемпературное 84 - под воздействием агрессивных - радиационное 85

398 399 - Вспомогательное время 400, 401 - Основное время сты­ ковой сварки оплавлением 399 - Ос­ новное время точечной сварки 399 - механизированной - Время на электро­ сварку 1 м длины шва 395 - Основное время на сварку швов таврового соеди­

нения

393 -

Под флюсом

391 -

ручной дуговой

наплавки

393 Коэффициенты

Нормативы подготови­

392 -

тельно-заключительного времени

392 -

Соотношение между толщиной и диа­ метром электрода электрошлаковой ное время

392 397 -

Вспомогатель­

397

Нормирование сварочных работ обслуживания сти

384 -

мы

384 -

384 -

Нормы

384 -

Нор­

выработки

Нормированное задание

повые режимы труда и отдыха Нуклиды

Норма

Норма управляемо­

384 -

Норма численности

времени

384 -

384 386

Ти­

256 О

Образцы для УЗ контроля

31О - 314

Оплата труда

-

85

П

контактной

-

-

сред

Основное время на разогрев сва­

риваемых кромок

-

44, 45

Разрушения соединений

368 369 повременная 369

аккордная

прямая сдельная

421

Пленки радиографические ция и характеристики

262 262 -

Классифика­ Номограммы

для определения времени экспозиции

272

- Номограммы областей применения 271 - Расшифровка снимков 273 - Схемы контроля соединений 271 - Типы 270 Фотообработка 273 Подсистема технического рочных

операций

нормирования

сва­

автоматизированная

389 Пожаро- и взрывобезопасность Показатели

качества

процесса

413 изготовления

конструкций в сборочно-сварочном про­ изводстве

442

Показатели производительности труда

-

366

натуральные

366, 367 367 трудовые 367 Покрытия - Виды 224 - Классификация дов 230 - Определение 224 - износостойкие 234 - коррозионно-стойкие 233 - тепло- и жаростойкие 233 Порошки магнитные 331 Правила заполнения НТД 444 стоимостные

мето­

Предельно допустимые концентрации вред­ ных веществ

368

сдельно-прогрессивная

411,

ческое поле

293 - 295 -

412 Освещение сварочных и сборочно-сварочных

410

Отчисления амортизационные

374, 375

408

Преобразователь совмещенный

369

Организация стационарных рабочих мест

цехов

Паиели вытяжные

293 -

292 -

Акусти­

Акустический тракт

Акустические характеристики

материалов

296 -

ности

Поле излучения-приема

293 -

Диаграмма направлен­

Преобразователи в дефектоскопии

330

295

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

474

-

индукционные

феррозондовые холловские

Расчет

330

магниторезисторные

331

331

-

дополнительных затрат на изготовле­

ние конструкции

372

количества необходимого производст­

-

венного оборудования

331

Преобразователи УЗ

302 - Конструкции 303 Применение 302 - 305 Приборы инфракрасные 350 Проволока стальная 212 - наплавочная порошковая 215 - Химиче­ ский состав 216 - наплавочная сплошного сечения 214 - сварочная 212 - Области применения 213 - сварочная сплошного сечения 214 Производетво сварочное 353 - Определение оптимального размера 354 - Показатели оценки концентрации 353 - Преимущест­ ва крупных сварочных производств 354 Сущность процесса 353 - Формы концен­ трации 353 - специализированное 355 - Внутриза­ водская специализация 356 - Определе­ ние процесс а 355 - Отраслевая специа­ лизация 356 - Подетальная специализа­ ция 356 - Предметная специализация 355 - Технологическая специализация 356 - Ход создания 355 - Условия по­ вышения уровня специализации 356 Процесс сварки 442 - перспективный 442 - рабочий 442 - типовой 443 - Технологичность 443 Требования к изделию 443 - Факторы, влияющие на выбор показателей 443 Этапы разработки 443 Прутки для наплавки 220 - Области примене­ ния литых прутков 220

-

ной конструкции числа

-

275

нейтронная

276 277 цветовая 275 Радиоскопия 277 протонная

371

спроектирован-

372

единиц

транспортных

средств

прерывного действия

-

числа мостовых

числа средств непрерывного транспорта

или конвейеров

-

373 кранов 373

374

экономического эффекта вариантов

мероприятий НТП

382 -

приведения

Коэффициенты рено­

381 -

вации основных фондов

Коэффициенты

383 -

Социаль­

ные и экологические результаты

Расчеты экономические

-

Выбор

380 -

Затраты на реализацию

380 -

- 382

370

технологических

процессов

изготовле­

ния сварных конструкций при их разра­ ботке (совершенствовании)

-

373 - 380

сварных конструкций на стадии проек­

тирования и производства Рентген-видикопы

370 - 372

280

Роботы в сварочном производстве промыш­

ленные

361 363 -

360 -

Выбор

Варианты конструкции

364 -

Классификация

Снижение стоимости

360, 361 -

364

С Сварка

-

волокнистых и дисперсно-наполненных

км

170 -

Зоны

171 -

Методы

172, 173 -

Распределение максимальных темпера­ тур

171

комбинированных

конструкций

181-

Композиции наплавленного металла и теРМОQбработки 183

Радиография

1т

удельных затрат на

-

Р

373

стоимости сварной конструкции

материалы

183 -

- 186 -

Сварочные

Способы и режимы

181, 182 Сварка композиционных сплавов

166 -

Клас­

сификация по межфазному взаимодейст­ вию

166

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

-

аргонодуговая

Механические

166

167 - Режимы 167 - лазерная 169 - Дефекты 169 - Механи­ ческие свойства 170 - Режимы 169 - электронно-лучевая 168 - Режимы 168 средства соединений

Сварка конструкционных средне- и высокоуг­

-

-

в углекислом газовая

-газовая

-

под флюсом

покрытыми электродами

-

покрытыми

Механи-

23 - 25

электродами

руч-

19

контактная

26 - Режимы 28 - 31 19 - Режимы 20 - 22

под флюсом

самозащитной порошковой проволокой

Технологические

характеристики

электрошлаковая

свойства металла швов

193 -

Латентный период

Свойства соединений 194 - Спо­ 194 - 196 - Устойчивые соедине­ ния 193 - с титаном 196, 197 - Взаимная раство­ римость 197 - Интерметаллидные со­ единения 197 - Способы 197 - 200 Режимы 198, 199 - с тугоплавкими металлами 200, 201 Сварка меди со сталью 189, 190 - Приемы 191,192 - взрывом 190 - диффузионная 190 - контактная 191 - плавлением 191 - прокаткой 190 - трением 190 - ультразвуковая 191 Сварка медных сплавов 117 - автоматическая под флюсом 119 - Ре­ жимы 120 - Сварочные материалы 120 - газовая 122 - Газовая горелка 122 Диаметры присадочной проволоки 123 - дуговая в вакууме 122 - Режимы 122 - дуговая в защитных газах 118 - Марка присадочного материала 119 - Режимы 118 - дуговая покрытыми электродами ручная 120 - Применение 121 - Режимы 121 - плазменная 121 - электронно-лучевая 121

194 -

собы

23 -

26 - Механические 26 - Режимы 27 Сварка плавлением 60 - Выбор режима 60 Послесварочная термообработка 64 Сварочные материалы 62, 63 - Эксплуа­ тационные свойства 64 - Электроды 61 Сварка стали с алюминием 187 - взрывом 188 - диффузионная 188 - клинопрессовая 188 - пайко-сварка 189 - плавлением 189 - прокаткой 189 - трением 188 - ультразвуковая 188 Сварка сталей с титановыми сплавами 192 - взрывом 192, 193 - клинопрессовая 193 - контактная 193 - прокаткой 193 - ультразвуковая 193 Сварка титана с алюминием 201 - Режимы 202, 203, 205 - Соединения 209 - Схемы сварки 203 - 206 - Температурно-времен­ ные зависимости 201 Сварка титановых сплавов 128 - Подготовка под сварку 129 - Состав растворов для химической обработки 129 - Температу­ -

193

с алюминием

дуговая

25 25

32

-ЭШС32 Сварка меди

18

18

ческие свойства металла швов

-

32 32

123

дуговая в защитных газах

ная

31

контактная

электрошлаковая

Сварка низкоуглеродистых сталей

леродистых сталей

31 газе 32

475

ры полиморфного превращення,

рекри­

сталлизации, отжига и снятия остаточных

напряжений

-

131

дуговая в защитных газах

132 -

руктивные схемы защиты труб

Конст­

135 -

ПРЕДМЕТНЫЙУКАЗАТЕЛЬ

476 Механические

свойства

Режимы

134 133 -

соединений

Схемы защиты соединения

Химический состав инертных

-

под флюсом

139 -

Механические свой­ Режимы кон­

тактной сварки

Режимы ЭШС

140, 141 -

140 142, 143 -

Технологические параметры

139

Сварка циркония и его сплавов ческие свойства сварку

-

134 газов 132

ства металла шва

контактной сварки

148 -

Механи­

Подготовка под

150 -

11 О -

ванию ГТ

342 Сканирование 309 -

Операции и схемы кон­

троля соединений

325 -

Характеристики дефектов

Способы

309 -

314 - 316

235, 236

235 236 сплавов типа стеллита 236 Сплавы 97 - алюминиевые и магниевые 97 - Вольф­ рамовые включения 106 - Категории ответственности соединений 108 - Кор­ розионная стойкость 107 - Коэффици­ гранулированных порошков

сплавов типа сормайта

разупрочнения

основного

Марки и свойства

ские свойства

97 -

металла

Механиче­

полуфабрикатов

103 - Механические ний 107 - Оксидные

101 -

свойства соедине­ пленки

бенности технологии сварки

Пористость

81 став

-

105, 106 -

105 - Осо­ 106, 107 -

Работоспособ-

Структура и свойства

83 -

Факторы склонности к П

Характеристика

79 -

81, 82 -

Химический со­

80

титановые

124 -

Группы легирующих

элементов по влиянию на полиморфизм

титана

128 -

124 -

Критерии свариваемости

Меры по борьбе с трещинообра­

зованием

126, 127 - Механические 126, 127 - Номинальный со­ 125 - Проблемы свариваемости

свойства став

128 Сплавы на основе

xpoma--t5-6 156, 157 Режимы сварки 157 - 159 - Способы сварки 157 - 161 - Характеристика ме­ таллов 156 - ниобия, ванадия, тантала 150 - Механи­ ческие свойства соединений 154 - Осо­ бенности 151 Преимущества 150, 151 - Применение 150, 151 - Режимы сварки 152 - Способы сварки 152, 153 -

дающие

108 -

109,

Сопро­

Сопротивляемость металла шва образо­

150

Системы электромагнитного контроля полеза­

ент

97, 98 -

97 - Химический со­ став 98 106 - Эксплуатационные свойства 111 - 113 - медные 114 - Бронзы 116 - Сваривае­ мость 116, 117 - Химический состав ла­ туней 115 - Химический состав меди 114 - никелевые 79 - Жаропрочность сварных соединений 83, 84 - Свариваемость 81 -

дуговая

Состав химический

Свариваемость

тивляемость ГТ

148

диффузионная

148 - Режимы 149 контактная 150 электронно-лучевая 148 - Режимы 148 Сварка чугуна 90 - газовая 90 - дуговая 93 - Механические свойства металла шва 94 - Химический состав наплавленного металла 94 - Холодная 93 - дуговая с подогревом 95 Светильники 415, 416

-

ность И пластичность соединений

Схемы горелок

135 -

молибдена, вольфрама и

Достоинства и недостатки

Способы

прозвучивания

сварных соединений

318 - многократно отраженным лучом 319 - по слоям 319 - прямым и однократно отраженным лучом 319 - прямым лучом 319 Способы исправления дефектов 248 Средства защиты от лазерного излучения 430 Средства индивидуальной защиты 413

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

-

для органов дыхания защитные щитки очки

териалы

413

414, 415 413

эмблемы

47 - Механические свойст­ 52 - Образование горячих трещин 52 55 - Свариваемость 54 - Свойства 50 Структурная диаграмма Шеффлера 50 Теплофизические свойства 52 - Характе­ ристика 47 - Химический состав 48, 49 ва

леrированные

и

теплоустойчивые

32 - Химический состав 35 - 36 - машиностроительные 34 -

Исходная

концентрация диффузионного водорода

39 -

Механические свойства

строительные

33 -

новные требования

Стали разнородные

Способы сварки

74 - Хи­ 73 Стали конструкционные 1О - низкоуглеродистые 13 - Свариваемость 13 - Схема строения ЗТВ 14 - Химиче­ ский состав металла шва 13 - углеродистые 1О - Механические свой­ ства 12 - Ударная вязкость 12 - Хими­ ческий состав 1О, 11 Стандарты 452 - на виды и методы контроля 461 - 463 - на сварочное оборудование и сборочносварочную оснастку 458 - на сварочные процессы 452 - 457 Схемы контроля соединений 320 - нахлесточных 324 - стыковых с подкладкой 322 - тавровых и угловых 324 - труб 320 - 322 74 -

мический состав

413

Стали аустенитные

Стали

477

36,37 33 -

Категории

Ос­

33 Диффузионные про­

цессы

174 178 - 180 -

175 -

Кристаллизация ванны

Классификация

174, 177, 178 -

Определение

174 - Послесварочная обра­ 181 - Свариваемость 176 - Свойст­ ва 175 - Схема определения структуры швов 176 Стали хромистые 64 - Группы 65 - Классы 65 - Применение 64 - Свойства 65 - аустенитно-ферритные 75 - Коррозионная стойкость 77 - Механические свой­ ства 77 - Сварочные материалы 78 Способы сварки 78 - Применение 79 Химический состав 76 - мартенситные 65 - Механические свой­ ства 67,69 - Рекомендации по теплово­ му режиму 68 - Сварочные материалы 69 - Способы сварки 69 - Химический состав 66 - мартенситно-ферритные 70 - Механи­ ческие свойства 70 - Рекомендации по тепловому режиму 71 - Сварочные ма­ териалы 71 - Способы сварки 71 - Хи­ мический состав 71 - ферритные 72 - Механические свойства 73 - Применение 72 - Рекомендации по тепловому режиму 74 - Сварочные ма-

Т

ботка

Температура

47 -

сопутствующего подогрева

Зависимость от погонной энергии

Технолоrия

-

нанесения покрытий

231 - Ме­ 233 - Обработка 232 - Оплавление

ханическая обработка напыленных покрытий

Подготовка поверхности напыляе­

232 -

мых изделий

231 -

231 - Подготовка порошков 232 - Снятие остаточных 232 - Спекание 232 - Схема

Пропитка

напряжений

234 -

радиографического

Параметры

267 -

266 -

контроля

Техника

Толщина материала

ное расстояние их ориентация

269 -

Течеискатели

268 -

Фокус­

Форма дефектов и

в шве

268 -

267 349

акустические галогенные

266 -

контроля

излучения

-

46, 46

350 349

масс-спектрометрические электронозахватные

349 Толщина - защиты из стали 434

349

Энергия

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

478

- защитного экрана из свинца и бетона 431-433 Томография 281 Требования 411 - защиты окружающей среды 414 - к персоналу 413 - к сварочным материалам и заготовкам 411 Трубки рентгеновские 253 - Действительное фокусное пятно 253 - с вращающимся анодом 254 - с вынесенным анодом 254 Трудоемкость сварочной конструкции 370 -общая 370 - удельная 371

ц

Циклы термические

-

в корне шва

43 56

многослойной сварки

43

ч

Чугуны

-

Классификация

сварки

89 -

Способы сварки

91,92 -

Особенности

89 -

Состав присадочных прутков

пайко-сварки

92 -

90 -

Флюсы для

Характеристика

89

Э Экраны

-

металлические и флуоресцентные

усиливающие У

Уровни допустимые

-

-

409

напряженности магнитных полей

409

шума на рабочих местах

409 261 350

263, 264 278 флуороскопические 278

сцинтилляционные

электролюминесцентные

Электроды

-

278

211

наплавочные ленточные

Ускорители заряженных частиц

применения

Устройства манометрические

наплавленного

217 -

Области

Химический состав

217 -

металла с

порошковой ленты

218 -

применением

Химический

состав ленты наплавочной спеченной на Ф

основе железа ленты

на окружающую среду

405 405, 406

психофизиологические физические

405, 406 химические 405, 406 Флюорография 275

Химический состав

холоднокатаной

наплавки под флюсом

Факторы произвоДства, негативно влияющие

-

219 -

стальной

-

покрытые

211 -

211 -

для

218

Области применения

Химический состав

212 264, 265 - Типы 265 Эхометод 306 - Мертвая зона 306 - Параметры 306 - Уровни чувствительности 307 Эталоны чувствительности

СПРАВОЧНОЕ ИЗДАНИЕ

Николай Павлович Алешин,

Георгий Георгиевич Чернышов, Александр Иванович Акулов и др.

СВАРКА. РЕЗКА. КОНТРОЛЬ Справочник. В 2-х томах

Том

Лицензия ИД

2

N2 05672

от

22.08.01

г.

Редактор А.п. Лебедева Художественный редактор т.н. Погорелова Корректоры: мя. Барская, Т.и. Масалъская, Е.М Нуждина, мс. РОCJIЯкова Инженер по компьютерному макетированию Т.А. Сынкова

Сдано в набор

02.08.04. Формат 70х100/16. Times New Roman. Печать офсетная. Усл. печ. л. 39,0. Уч.-изд. л. 44,00. Тираж 3000 ЭКЗ. Заказ 10498

25.02.04.

Подписано в печать

Бумага офсетная. Гарнитура

аЛО «Издательство «Машиностроение»,

107076,

Москва, Стромынскнй пер.,

4

Оригинал-макет подготовлен в издательско-полиграфическом цепrpe Тамбовского государственного технического университета, 392032,г. Тамбов,ул.Мичуринская,

112,

к.

201

Отпечатано в полном соответствии с качеством представленного оригинал-макета в ГУП ППП «Типография «Наука» РАН

121099,

г. Москва, Шубинскнй пер.,

6