Плазмове зварювання. Леговані сталі

План

ВСТУП

1. Леговані сталі

1.1 Визначення і класифікація легованих сталей

1.2 Конструкційні леговані сталі

1.3 Леговані інструментальні сталі

1.4 Леговані сталі з особливими властивостями

2. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЛАЗМОВОГО ЗВАРЮВАННЯ

3. НАЛАГОДЖУВАННЯ, ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА РЕМОНТ УСТАТКУВАННЯ ДЛЯ ПЛАЗМОВОГО ЗВАРЮВАННЯ

4. РІЗАННЯ МЕТАЛІВ І ЇХНІХ СПЛАВІВ

5. ВПРОВАДЖЕННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ

6. ОХОРОНА ПРАЦІ І ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ ПРИ ПРОВЕДЕННІ ЗВАРЮВАЛЬНИХ І РІЗАЛЬНИХ РОБІТ

6.1 Безпека праці при дуговому зварюванні

6.2 Вимоги безпеки праці при газозварюванні та різанні

6.3 Надання першої медичної допомоги при нещасних випадках

ВИСНОВКИ

ЛІТЕРАТУРА

ВСТУП

Сучасний агропромисловий комплекс насичений складною технікою, його механо- і енергооснащеність постійно підвищуються. Підтримка техніки в справному стані являє собою важливе завдання, у рішенні якої зварювання займає провідне місце серед інших технологічних процесів.

На заводах будіндустрії й у ремонтних майстернях використовуються різні способи зварювання - ручне дугове покритими електродами, у менших обсягах - механізоване в захисному газі, автоматична під флюсом, контактне й інші. Розвиток науки про зварювання сприяє впровадженню у виробництво нових марок зварювальних і наплавочних матеріалів - високопродуктивних електродів, дротів суцільного перерізу для зварювання в захисних газах, порошкових дротів, а також удосконаленого зварювального устаткування.

Подальший розвиток одержують способи наплавлення для відновлення деталей будівельних машин, що працюють в умовах абразивного зношування. При цьому в багатьох випадках наплавленню піддаються нові деталі, що помітно підвищує строк їхньої служби. Все більшого значення набувають способи газополум'яної і плазменної обробки металів, особливо термічного різання із застосуванням газів- замінників ацетилену, а також плазмових процесів.

 
1. Леговані сталі   1.1 Визначення і класифікація легованих сталей

Легованими називаються сталі, до складу яких спеціально вводяться один або декілька легуючих елементів для отримання заданих властивостей (хром, нікель, ванадій, молібден і т. д.). Сталі, до складу яких доданий хром, називаються хромовими, нікель — нікелевими, ванадій — ванадієвими, а у разі вмісту в сталі декількох елементів її називають відповідно хромонікелевою, хромомарганцевою, хромонікельвольфрамовою і т.д.

Легуючі елементи змінюють механічні і фізичні властивості сталі: міцність, в'язкість, зносостійкість, корозійну стійкість, теплопровідність і т.д. Вплив легуючих елементів особливо позначається після термічної обробки.

Дослідження вчених показали, що всі легуючі елементи, за винятком кобальту, зменшують критичну швидкість охолоджування, необхідну для отримання мартенсіту. Це дає можливість одержати гартівні структури в легованих сталях навіть при охолоджуванні на повітрі.

Залежно від вмісту легуючих елементів леговані сталі ділять на три групи: низьколеговані — що містять менше 2,5 % легуючих добавок, середньолеговані — від 2,5 до 10 % і високолеговані — більше 10 %.

За призначенням леговані сталі поділяються на конструкційні, інструментальні і сталі, з особливими фізико-хімічними властивостями.

Конструкційні леговані сталі застосовуються для виготовлення більшості конструкцій, деталей машин і механізмів харчових підприємств. Ці сталі у свою чергу діляться на цементовані (цементації, що піддаються), покращувані гартом і високою відпусткою і високоміцні.

Інструментальну леговану сталь застосовують для виготовлення ріжучого інструменту, штампів, вимірювального і іншого інструменту.

До сталей з особливими властивостями відносяться: нержавіючі, жаростійкі, кислотостійкі, зностійкі і ін.

В колишньому Радянському Союзі для маркування летованих сталей прийнята буквенно-цифрова система позначень. По ГОСТ 4543—71 кожний легуючий елемент має наступне позначення:

Марганець	Г	Вольфрам	В	Ніобій.........................Б
Кремній	С	Ванадій	Ф	Кобальт......................К
Хром	X	Титан	Т	Бор..............................Р
Нікель	Н	Алюміній	Ю	Фосфор.......................П
Молібден	..М	Мідь	Д	Церій...........................Ц

На початку марки сталі ставиться двозначне число, яке позначає вміст вуглецю в сотих частках відсотка. В позначенні марок високолегованих І інструментальних сталей на початку марки ставиться однозначне число, яке вказує на вміст в сталі вуглецю, виражений в десятих частках відсотка. При вмісті у високолегованих сталях менше 0,08 % вуглецю на початку марки ставиться цифра 0. Цифри перед маркою не ставлять в позначеннях багато кого Інструментальних сталей, що містить близько 1 % чи більш вуглецю, а також в марках високолегованих сталей, якщо нижня межа вмісту вуглецю не обмежена при верхній межі 0,09 % і більш. Цифри, наступні за буквами, вказують зразковий вміст легуючих елементів у відсотках. Якщо в сталі міститься менше І % легуючих елементів, то цифра після букв не ставиться.

  1.2 Конструкційні леговані сталі

При виборі легованих сталей необхідно пам'ятати, що сталі, які містять нікель, вольфрам, молібден, кобальт і деякі інші елементи, відносяться до дорогих і дефіцитних, тому їх використання повинне бути достатньо обґрунтовано.

Цементовані леговані сталі. До цементованих сталей відносяться низьковуглецеві (0,1—0,30 %), низько- і середньолеговані (до 10 % легуючих елементів) сталі. Ці сталі призначено для виготовлення деталей машин і приладів, що працюють при високих навантаженнях. Механічні властивості і область використання деяких марок сталей наведені в табл. 1.1.

Таблиця 1.1.

Марка сталі	Межа міцності при розтягуванні ан кгс/мм2	Відносні подовження 6,%	Питома в'язкість ан кгс-м/см2	Область використання
	не менше
15Х 15ХА	70	12	7	Невеликі деталі, що працюють на знос в умовах тертя при середніх тиску і швидкостях
18ХГ 25ХГМ	90 120	10 10	8	Відповідальні деталі, що працюють на великих швидкостях, високому тиску, за наявності ударних навантажень
20ХН 20Х2Н4А	80 130	14 9	8 8	Крупні відповідальні важконагружені деталі
18X2114 МА	115	12	10	Крупні особливо відповідаль- ні важконагружені деталі, що працюють при великих швидкостях і навантаженнях

Працездатність деталей, виготовлених з цементованих сталей, залежить від властивостей серцевини і поверхневого шару. Цементовані сталі з поверхні насичують вуглецем (цементують) і піддають термічній обробці (гарту і відпустці). Така обробка забезпечує твердість (НВ58—63) поверхні і достатньо в'язку серцевину деталі.

Покращувані леговані сталі. До покращуваних сталей відносяться середньовуглецеві (0,3—0,7 % вуглецю) і низьколеговані. Вони призначені для виготовлення відповідальних деталей (вали, шатуни, штоки і ін.), що працюють в умовах змінних і ударних навантажень. Для поліпшення необхідних властивостей (міцності, пластичності, в'язкості) ці сталі піддають гарту і високій відпустці (500—600 °С). Механічні властивості і область використання деяких покращуваних сталей після термічної обробки наведені в табл. 1.2.

Таблиця 1.2

Марка сталі	Межа міцності при розтягуванні σв, кгс/мм2	Відносні подовження 6,%	Питома в'язкість ан, кгс·м/см2	Область використання
	не менше
40ХС 40ХФА	125 90	12 10	3,5 9	Невеликі деталі, що працюють в умовах підвищених напруг і знакозмінних навантажень
30ХГСА	110	10	5	Деталі, працюючі, в умовах зносу, і відповідальні зварні конструкції, що працюють при знакозмінних навантаженнях і температурі до 200 °С
40ХН2МА	110	12	8	Крупні особливо відпові- дальні важкозавантежені деталі складної форми

Марка покращуваної сталі позначається таким чином: сталь 30ХГСА (ГОСТ 4543—71).

Високоміцні леговані сталі. Покращувані і цементовані сталі після термічної обробки мають міцність ов до 130 кгс/мм і в'язкість до 8—10 кгс-м/см2. Для багатьох сучасних машин і апаратів така міцність недостатня. Для цієї мети розробляються комплексно-леговані і мартенситостаріючі сталі, мають межі міцності σв = 150 * 200 кгс/мм2. Комплексно-леговані стали — це середньовуглецеві (0,3— 0,7 % вуглецю) леговані сталі, термоміцні при низькій відпустці (200—300 °С) або що піддаються термомеханічній обробці (гарту і пластичній деформації, що здійснюється в одному процесі). Мартенситостаріючі сталі — це новий клас високоміцних легованих сталей на основі безвуглецевих (не більше 0,03 % вуглецю) сплавів заліза з нікелем, кобальтом, молібденом, титаном і іншими елементами. Механічні властивості і область використання цих сталей приведені в табл. 1.3.

Таблиця 1.3

Марка сталі	Межа Міцності при розтягуванні σв, кгс/мм2	Відносні подовження 5,%	Питома в'язкість ан, кгс-м/см2	Область використання
	не менше
Комплексно-леговані сталі
40ХГСН2А	165	9	6	Особливовідповідальні важко завантажені деталі* що працюють в умовах різко змінних навантажень
40ХГСНА	185	13	5,5
40ХГСНЗВА	200	11	4,5
45ХН2МФА	145	7	4
Мартенситостаріючі сталі
Н12К15М10	250	6	3	Особливовідповідальні важко завантажені деталі, що працюють при великих швидкостях
Н18К9М5Т	210	8	5

  1.3 Леговані інструментальні сталі

Інструментальні леговані сталі в порівнянні з вуглецевими інструментальними сталями володіють більшою теплостійкістю, гартованою, в'язкістю і зносостійкістю. Для додання сталям цих властивостей в них додають легуючі елементи: вольфрам, молібден, кобальт і хром (збільшення теплостійкості), марганець (поліпшення гартованості), нікель (збільшення в'язкості), вольфрам (збільшення зносостійкості). Леговані інструментальні сталі випускаються низько- і високолегованими. Низьколеговані інструментальні сталі містять до 2,5% легуючих добавок. Ці сталі мають високу твердість (НВ62—69), зносостійкість, але малу теплостійкість (200—260 °С). Низьколеговані інструментальні сталі мають марки: 9ХС, ХВЧ, ХВГ, ХВСГ. Використовуються ці сталі для виготовлення інструменту складної форми, у тому числі вимірювального.

Високолеговані інструментальні сталі містять вольфрам, хром, ванадій в більшій кількості (до 18 % основного легуючого елементу). Вони володіють високою теплостійкістю (600—640 °С), їх використовують для виготовлення високопродуктивного ріжучого інструменту і називають швидкорізальними сталями. Згідно ГОСТ 19265—73 швидкорізальні сталі позначають буквою Р, цифри після якої указують вміст вольфраму. Вміст хрому (4 %) і ванадію (2 %) для всіх швидкорізальних сталей в марці не вказується. Деякі швидкорізальні сталі додатково містять молібден, кобальт і більшу кількість ванадію. Такі сталі мають в марці відповідно букви М, К, Ф і цифри, вказуючі їх кількість у відсотках.

Найбільш поширені наступні марки швидкорізальних сталей: РІ8, Р9, Р10К5Ф5 і ін. Швидкорізальні сталі застосовують для виготовлення ріжучого Інструменту, призначеного для обробки високоміцних сталей і Інших важкооброблявальних матеріалів.

  1.4 Леговані сталі з особливими властивостями

Ця група об'єднує високолеговані сталі, що володіють особливими властивостями: корозійностійкістю, жаростійкістю, жароміцністю, зносостійкістю і ін.

Корозійностійкі (нержавіючі) сталі. Сталі, стійкі проти корозії, називають корозійностійкими (нержавіючими). Корозійностійкі сталі одержують легуванням мало- І середньовуглецевих сталей шляхом додавання хрому, нікелю, титана і алюмінію. Залежно від цього корозійностійкі сталі ділять на хромові (12X13, 20X13, 40X13), містять 13% хрому, і хромонікелеві (04Х18Н10, 12Х18Н10Т, 12Х21Н5Т), що містять 18—21 % хрому і 5—10 % нікелю. Хромонікельові сталі володіють більш високою корозійною стійкістю, ніж хромові. Хромові сталі більш дешеві.

Жаростійкі стаді. При високих температурах метали і сплави вступають у взаємодію з навколишнім газовим середовищем, що викликає газову корозію (окислення) і руйнування металу. Для виготовлення конструкцій і деталей, що працюють в умовах підвищеної температури (400—900 °С) і окислення в газовому середовищі, застосовують спеціальні жаростійкі сталі. Жаростійкі сталі — це сплави заліза з хромом, додатково леговані добавками кремнію, молібдену, титана.

Механічні властивості і область використання цих сталей наведені в табл. 1.4.

Жароміцні сталі. Деякі деталі, що тривало працюють при великих навантаженнях і високих температурах (500—1000 °С), виготовляються із спеціальних жароміцних сталей. Ці сталі добре чинять опір деформації і руйнуванню при високих температурах. Залежно від призначення розрізняють клапанні, котлотрубні, газотурбінні сталі і інші сталі з високою жароміцністю.

Таблиця 1.4

Марка сталі	Робоча температура, °С (не більше)	Область використання
Корозійностійкі
12X13 20X13	450	Лопасті гідротурбін, компресорів, клапани і арматура для хімічної промисловості
30X13	450	Вали, болти, шестерні, пружини, що працюють в умовах корозійного середовища і великих напруг
40X13	-	Шарикопідшипники, пружини, ріжучий хірургічний і побутовий інструмент
04Х18Н10 12ХІ8Н10Т	600	Конструкції і деталі, що виготовляються зварюванням і штампуванням в машинобудуванні і хімічній промисловості
Жаростійкі
Х6СМ	650	Клапани двигунів внутрішнього згоряння
40Х9С2	850	Те ж
08Х17Т	900	Деталі, що працюють в середовищі пічних газів, багатих сіркою
36Х18Н25С2	1100	Соплові апарати і жарові труби газотурбінних установок
Жароміцні
45Х14Н14В2М	800—900	Клапани двигунів внутрішнього згоряння великої потужності
08Х16Н13М2Б	600—700	Лопасті газових турбін

Зносостійкі сталі. Для виготовлення деталей машин, що працюють в умовах підвищеного зносу, застосовують спеціальні зносостійкі сталі: шарикопідшипникові, графітозовані і високомарганцеві.

Шарикопідшипникові сталі (ШХ6, ІІІХ9, ШХ15, 95X18) застосовують для виготовлення кульок і роликів підшипників. Сталь виготовляється у вигляді круглого прута і смуги. Відпалена шарикопідшипникова сталь Із спеціальною обробкою поверхні має твердість НВ179—207 (для ШХ15).

Графітозована сталь (високовуглецева сталь, що містить 1,5—2 % вуглецю і до 2 % кремнію) використовують для виготовлення поршневих кілець, поршнів, колінчастих валів і іншого литва фасону, що працює в умовах тертя.

Васокомарганцевисту сталь Г13Л, що містить 1,2 % вуглецю І 13 % марганцю, застосовують для виготовлення піскоструминних апаратів, ланок гусениць і т,п.

 
2. УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЛАЗМОВОГО ЗВАРЮВАННЯ

До комплекту установки для плазмового зварювання входять: джерело живлення дуги, шафа керування, переносний блок керування, плазмотрони, механізми переміщення плазмотрона вздовж та упоперек лінії зварювання (у автоматів), осцилятор, газові та водяні комунікації.

Характеристики та призначення деяких установок плазмового зварювання наведено у табл. 6.29.

Будова та принцип дії всіх установок ідентичні. Так, установка УПС-301, призначена для ручного плазмового зварювання постійним струмом прямої полярності, складається з тиристорного випрямляча з крутоспадаючими зовнішніми вольт-амперними характеристиками, пальника для аргонодугового зварювання, плазмотрона (стабілізація й стискання дуги в ньому здійснюються тангенціальним потоком газу), шафи керування (з силовим трансформатором, силовим блоком тиристорів, зрівняльним реактором, стабілізуючим дроселем, магнітним пускачем, автоматичним вимикачем, блоком керування, електродвигуном з вентилятором), переносного блока керування, педальної кнопки, газового редуктора з витратоміром, турелі, з'єднувальних проводів і шлангів. Турель установлюється на джерелі живлення та служить опорою виносному блоку керування.