Сварка при низких температурах

На территории Советского Союза в ряде случаев возникает необходимость проведения сборочных и сварочных работ при температуре окружающего воздуха и начальной температуре свариваемого металла вплоть до —50° С.

Специально проведенные исследования показали, что снижение начальной температуры металла в пределах, наблюдаемых в естественных условиях, не оказывает существенного влияния на механические свойства металла шва. По мере снижения температуры прочность шва несколько повышается, а пластичность снижается, однако абсолютное изменение этих величин невелико. Структура и форма металла шва и околошовной зоны не претерпевают заметных изменений. Понижение температуры приводит к некоторому снижению стойкости металла шва против образования кристаллизационных трещин и пор.

Понижение температуры отрицательно сказывается на физиологическом состоянии рабочего, снижая его трудоспособность. Ухудшаются условия работы аппаратуры. Это повышает вероятность возникновения дефектов формирования шва. Со снижением начальной температуры возрастает вероятность хрупкого разрушения конструкции в процессе ее изготовления, монтажа или ремонта. Поэтому необходимо стремиться к выполнению сварочных работ при нормальных температурах или небольших морозах. При больших морозах следует проводить укрупнительную сборку в отапливаемых помещениях, расчленять ремонтируемые узлы на транспортабельные элементы, свариваемые в цехах, широко применять рулонные заготовки и т. п. Сборку и сварку на морозе должны выполнять организации, специально подготовленные для работы в этих условиях.

Сущность дополнительных мероприятий, которые необходимо проводить при сварке на морозе, сводится к следующему. Желательно применять основной металл, специально предназначенный для конструкций, работающих при низких температурах. Такой металл в состоянии поставки имеет повышенную стойкость против перехода в хрупкое состояние и мало изменяет свои свойства в околошовной зоне под воздействием процесса сварки. Транспортировать и хранить металл следует в условиях, исключающих его деформацию и повреждение поверхности.

При проектировании конструкций необходимо избегать резкого изменения сечения сопрягаемых элементов и сосредоточения большого числа швов в одном месте. Это может привести к значительной концентрации напряжений и повысить вероятность хрупкого разрушения в процессе изготовления конструкции при низких температурах. Особое внимание следует обращать на доступность швов, правильный выбор режимов сварки и типа подготовки кромок. Стыковые швы, как правило, должны быть двусторонними. При односторонних стыковых швах необходимо обеспечить возможность полного провара кромок. Применение прерывистых швов и электрозаклепок не рекомендуется.

Следует производить тщательный контроль качества покрытых электродов, флюса и сварочной проволоки и строго соблюдать правила их хранения и подготовки для сварки. Марку электродов, флюсов и сварочной проволоки выбирают в зависимости от конкретных условий. Для ручной сварки во всех случаях предпочтения заслуживают электроды с фтористо-кальциевым покрытием. Хранить сварочные материалы вне рабочего места необходимо в сухом отапливаемом помещении при температуре не ниже 15° С. К рабочему месту покрытые электроды и флюс подают непосредственно перед сваркой в плотно закрывающейся таре. Сварочную проволоку сразу же устанавливают на аппарат.

Сварочное оборудование должно быть специально приспособлено для работы при низких температурах. Механизмы смазывают специальными маслами. Перед работой все применяемые для сварки механизмы (кантователи, сварочные установки и др.) любым способом, не приводящим к их повреждению, разогревают до температуры, при которой обеспечивается нормальная их эксплуатация. Следует применять источники питания постоянного тока.

Рабочий и место сварки должны быть защищены от ветра и осадков. Желательно во всех случаях, где это возможно, оборудовать специальные тепляки. Непосредственно у рабочего места должно быть устройство для обогрева рук. Желательно применение одежды с электрическим подогревом. При температуре воздуха ниже —40° С для дыхания сварщика следует подавать подогретый воздух. Периоды работы на морозе необходимо чередовать с периодами отдыха в теплом помещении с температурой 22—24° С. Сварщик, впервые приступающий к работе при низкой температуре, должен пройти специальную тренировку и испытание.

Не следует применять правку деталей в холодном состоянии. В проектное положение элементы надлежит устанавливать без ударов в условиях, предупреждающих деформацию. Подгонку элементов при их сборке желательно выполнять газовой резкой или шлифованием. Вырубку металла зубилом можно проводить только после подогрева. Закреплять детали при сборке желательно струбцинами, стяжками, клиньями и другими временными элементами.

Непосредственно перед сборкой металл в месте наложения шва очищают любым способом от ржавчины, льда, масла и других загрязнений. Прихватки, если они необходимы, выполняет квалифицированный сварщик. Желательна замена прихваток сплошным слоем малого сечения, перевариваемым в процессе выполнения шва.

Кантовать и транспортировать собранную под сварку конструкцию не рекомендуется. В случае крайней необходимости эти операции следует выполнять при закреплении деталей, исключающих их изгиб и нарушение взаиморасположения. Поступающие на монтаж элементы должны быть полностью сварены, проконтролированы и исправлены.

Сварку при низких температурах можно проводить только при отсутствии сильного ветра, снегопада и тумана или при наличии условий, предохраняющих рабочего, аппаратуру и место сварки от их влияния. Для конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей последовательность операций должна обеспечивать сварку швов с минимальным закреплением. В первую очередь сваривают швы, дающие максимальную усадку (например, поперечные стыковые швы). Начало и конец шва следует, как правило, выводить на специальные планки.

Непосредственно перед сваркой место наложения шва должно быть очищено от льда, масла и других загрязнений и особенно тщательно — торцы свариваемых кромок. Все швы заваривают без перерыва. Нельзя прекращать сварку до выполнения проектного размера шва и оставлять незаваренными отдельные его участки.

Сохраняются режимы, применяемые для сварки аналогичных соединений при нормальных температурах. При выполнении участка замыкания круговых швов всех типов и первых двух слоев при сварке многослойных швов (на всем их протяжении) необходим предварительный и сопутствующий подогрев основного металла до температуры 180—200° С. При дуговой сварке многослойных швов на металле толщиной более 60 мм подогревать рекомендуется все слои для повышения стойкости против образования кристаллизационных трещин.

Расчистку корня шва (если она предусмотрена технологическим процессом), осуществляют выплавкой или шлифованием. Удалять металл зубилом можно только после подогрева до температуры 166—1206 С. Цель подогрева— повышение стойкости металла против перехода в хрупкое состояние.

Швы малого сечения на металле толщиной более 18 мм рекомендуется сваривать с подогревом до температуры 220—240° С для повышения пластичности металла шва. Ручной и полуавтоматический процессы следует выполнять методом сварки горкой. Двусторонние швы рекомендуется сваривать одновременно с двух сторон.

Дефектные участки шва следует заваривать только с предварительным и сопутствующим подогревом до температуры 180— 200° С. Желательно применять те же режимы и способы сварки, которыми выполняли ремонтируемый шов. При заварке дефектных участков вручную предпочтение заслуживают электроды с фтористо-кальциевым покрытием.

Кантовку, транспортировку, погрузку, разгрузку и складирование готовых конструкций и монтажных элементов следует проводить в условиях, исключающих их деформацию и удары. Сбрасывание конструкции при их разгрузке, транспортировка путем волочения, свисание конструкции за пределы транспортных средств недопустимы.

При транспортировке элементов, имеющих гибкие узлы, необходимо применять приспособления, обеспечивающие жесткое закрепление их на время транспортировки и установки. Нельзя проводить правку конструкций в холодном состоянии. В случае необходимости правку выполняют только после подогрева металла. При низкой температуре не следует проводить вальцовку, калибровку и штамповку элементов со сварными соединениями.