Сварка в защитных газах.

Сварка в защитных газах — это дуговая сварка, при которой дуга и расплавленный металл, а в некоторых случаях и остывающий шов, на­ходятся в защитном газе, подаваемом в зону сварки с помощью специальных устройств.

Особенности сварки в защитных газах.

Сущность процесса сварки в защитных газах.

Сварку в защитных газах можно вы­полнять неплавящимся, обычно вольфрамовым, или плавящимся электро­дом (рис. 1). В первом случае сварной шов получается за счет расплавления кромок изделия и, если необходимо, подаваемой в зону дуги присадочной про­волоки. В процессе сварки плавящимся электродом металла шва образуется при участии электродного и основного металлов.

Схема сварки в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродом
Рис. 1. Схема сварки в среде защитных газов плавящимся (а) и неплавящимся (б) электродом:
1 — сопло горелки; 2 — свариваемая деталь; 3 — дуга; 4 — сварной шов; 5 и 7 — плавящийся и неплавящийся (вольфрамовый) электроды; 6 — подающий механизм; 8 — присадочный материал.

Наиболее распространенной является струйная местная защита потоком газа, истекающим из сопла сварочной горелки. Качество струйной защиты за­висит от конструкции и размеров сопла, расстояния от среза сопла до поверх­ности свариваемого материала и расхода защитного газа.

Для улучшения струйной защиты на входе в сопло горелки устанавливают мелкие сетки и пористые материалы, позволяющие дополнительно выравни­вать поток газа на выходе из сопла. Расход защитного газа должен обеспечи­вать ламинарное течение струи.

В зону сварки защитный газ может подаваться концентрично вокруг дуги, а при повышенных скоростях сварки плавящимся электродом — сбо­ку (рис. 2).

Схемы потоков защитных газов в зоне сварки
Рис. 2. Схемы потоков защитных газов в зоне сварки:
а — центральный; б — боковой; в — два концентричных потока; г — подача газа в сопло и насадку; 1 — электрод; 2 — насадка; 3 — распределительная сетка.

Используют защиту двумя потоками газов, при этом наружный поток обычно состоит из углекислого газа. При сварке активных материалов для предупреждения контакта воздуха не только с расплавленным, но и с нагретым твердым металлом применяют удлиненные насадки на сопла. Наиболее надеж­ная защита достигается при размещении изделия в стационарных камерах, предварительно вакуумированных и затем заполненных защитным газом. Для сварки крупногабаритных изделий используют переносные камеры из мягких
пластичных, обычно прозрачных, материалов, устанавливаемых локально над свариваемым стыком.

GamePark RU

Механизированную сварку в защитных газах обычно ведут на весу. Автоматическую сварку можно осуществлять на остающихся или съемных подкладках, снабженных устройствами для подачи газа (рис. 3). Такие под­кладки улучшают формирование корня шва, а при сварке активных металлов способствуют защите нагретого твердого металла от воздействия воздуха. Подаваемые в подкладку газы по составу аналогичны газам, применяемым для защиты зоны сварки.

Схемы медных и стальных съемных подкладок для защиты обратной стороны шва при односторонней сварке
Рис. 3. Схемы медных (а) и стальных (б) съемных подкладок для защиты обратной стороны шва при односторонней сварке: 1 — защитный газ; 2 — подкладка; 3 — распределительная сетка.

Защитные газы.

В качестве защитных газов используют инертные газы (аргон, гелий и их смеси), не взаимодействующие с металлом при сварке, и ак­тивные газы (углекислый газ, кислород, водород и др.), взаимодействующие с металлом, а также их смеси. Защитный газ определяет физические, метал­лургические и технологические характеристики способа сварки и выбирается в зависимости от состава свариваемых материалов и требований, предъявляе­мых к сварным соединениям.

Для повышения устойчивости дуги, увеличения глубины проплавления или изменения формы шва металлургической обработки расплавленного ме­талла, повышения производительности сварки применяют смеси инертных га­зов с активными газами.

Смесь аргона с 1…5% кислорода используют для сварки низкоуглероди­стой и легированной стали. Добавка кислорода к аргону понижает критиче­ский ток, предупреждает возникновение пор, улучшает форму шва.

Смесь аргона с 10…25% углекислого газа при сварке углеродистых сталей позволяет избежать образования пор, несколько повышает стабильность дуги и надежность защиты зоны сварки при наличии сквозняков, улучшает формирование шва при сварке тонколистового металла.

Смесь аргона с углекислым газом (до 20%) с добавкой не более 5% кисло­рода используют при сварке углеродистых и легированных сталей. Добавки активных газов улучшают стабильность дуги, формирование швов и предупре­ждают пористость.

Смесь углекислого газа с кислородом (до 20%) применяют при сварке углеродистой стали. Эта смесь имеет высокую окислительную способность, обеспечивает глубокое проплавление и хорошую форму шва, уменьшает пористость.

Теплофизические свойства защитных газов оказывают большое влияние на технологические свойства дуги, а значит, и на форму и размеры шва. Дуга в ге­лии по сравнению с дугой в аргоне имеет более высокое напряжение, а образую­щийся шов имеет меньшую глубину проплавления и большую ширину. Угле­кислый газ по влиянию на форму шва занимает промежуточное положение.

При необходимости металлургической обработки и дополнительного ле­гирования шва в зону дуги подают небольшое количество раскисляющих или легирующих веществ. Указанные вещества проще всего ввести при помощи порошковой проволоки. Шлакообразующие вещества вводят в виде пыли или паров вместе с защитным газом, в виде магнитного флюса или флюса, засы­паемого в разделку кромок, и другими способами. Состав металла шва можно изменить путем подачи в зону сварки дополнительной присадочной проволоки, а также двухгодовой сварки в общую ванну с использованием проволок различ­ного состава.

Преимущества и недостатки сварки в защитных газах.

Основными преимуществами способа сварки в защитных газах являются следующие:

  • высокое качество сварных соединений разнообразных металлов и их спла­вов разной толщины, особенно при сварке в инертных газах из-за малого угара легирующих элементов;
  • возможность сварки в различных пространственных положениях; отсут­ствие операций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака;
  • возможность наблюдения за образованием шва и легкость механизации и автоматизации процесса.

К недостаткам способа относятся: необходимость применения защитных мер против световой и тепловой радиации дуги, возможность нарушения га­зовой защиты при сдувании струи и, в некоторых случаях, трудность осущест­вления водяного охлаждения горелок.

Подготовка деталей под сварку в защитных газах и параметры режима.

Подготовка деталей под сварку в защитных газах.

Способы подготовки кромок под сварку (механические, газовые и т. д.) такие же, как и при других спо­собах сварки. Вид разделки кромок и ее геометрические размеры должны соответствовать ГОСТ 14771-76 или техническим условиям на изготовление изделия.

При механизированной сварке плавящимся электродом можно получить полный провар без разделки кромок и без зазора между ними при толщине ста­ли до 8 мм. Сборка с зазором или разделкой кромок позволяет получить пол­ный провар при толщине металла до 11 мм.

Для защиты от брызг поверхность детали покрывают специальными аэрозольными препаратами. Детали собирают с помощью струбцин, клиньев, скоб или на прихватках. Прихватки лучше выполнять тем же способом, которым будет проводиться сварка, а при сварке переплавлять.

Print Bar

Основные параметры режима при сварке в защитных газах.

К основным параметрам режимов сварки в защитных газах относятся: диаметр неплавящегося электрода или электродной проволоки, сварочный ток, род тока и полярность, напряжение дуги, скорость подачи электродной и присадочной проволоки, скорость сварки. Дополнительными параметрами режима являются вылет электрода, расход защитного газа, на­клон электрода вдоль оси шва, частота и амплитуда поперечных колебаний. Диаметр неплавящегося (вольфрамового) электрода обычно выбирают в пределах 1…6 мм в зависимости от требуемого значения сварочного тока. При этом следует учитывать, что допустимая плотность тока уменьшается от 6 А/мм2 при постоянном токе прямой полярности до 2,5 А/мм2 при переменном токе и до 0,5 А/мм2 при постоянном токе обратной полярности и зависит также от состава защитного газа.

Диаметр электродной проволоки выбирают в пределах 0,5…3 мм в зависимости от толщины свариваемого металла и положения в пространстве. С умень­шением диаметра проволоки при прочих равных условиях повышается устой­чивость горения дуги, увеличиваются глубина проплавления и коэффициент наплавки.

Сварочный ток устанавливают в зависимости от толщины свариваемого металла, требуемой глубины проплавления и диаметра электрода. С увеличе­нием сварочного тока повышается глубина проплавления. Это приводит к уве­личению доли основного металла в шве. Ширина шва изменяется мало. Род тока и полярность определяется материалом электрода и изделия.

Напряжение дуги устанавливается в зависимости от выбранного сварочно­го тока. С ростом напряжения дуги глубина проплавления уменьшается, а ши­рина шва увеличивается. Чрезмерное увеличение напряжения дуги при свар­ке плавящимся электродом сопровождается повышенным разбрызгиванием, ухудшением газовой защиты и образованием пор в наплавленном металле.

Скорость подачи электродной проволоки связана со сварочным током. Ее устанавливают с таким расчетом, чтобы в процессе сварки не происходило коротких замыканий и обрывов дуги и плавление электрода было устойчивым.

Скорость сварки устанавливают в зависимости от толщины свариваемого металла с учетом требуемой формы шва. С увеличением скорости уменьшаются все геометрические размеры шва. При большой скорости сварки ухудшается защита зоны плавления. Малая скорость сварки приводит к увеличению объе­ма и перегреву металла сварочной ванны.

Величина вылета электрода, а также расстояние от сопла горелки до поверхности металла зависит от выбранного диаметра неплавящегося электро­да или электродной проволоки. С увеличением вылета электрода ухудшаются устойчивость горения дуги и формирование шва, а также увеличивается разбрызгивание при сварке плавящимся электродом.

Расход защитного газа зависит в основном от тепловой мощности дуги или от силы тока. Скорость сварки, конфигурация изделия и наличие движения воздуха в цехе, ветра, сквозняков также должны быть учтены при выборе рас­хода газа. Расход гелия из-за его меньшей плотности должен быть увеличен по сравнению с аргоном или углекислым газом.

Наклон электрода вдоль оси шва оказывает влияние на глубину проплав­ления и качество шва. При сварке углом вперед ширина шва возрастает, а глу­бина проплавления уменьшается. Сварку углом вперед применяют при не­больших толщинах металла, когда существует опасность прожога. При сварке углом назад повышается глубина проплавления.

Поперечные колебания электрода влияют на форму шва и проплавления и размеры сварочной ванны. С ростом амплитуды колебаний увеличивается ширина шва и снижается глубина проплавления по оси шва. Изменение часто­ты колебаний позволяет регулировать объем расплавленного металла свароч­ной ванны.

Сварка неплавящимся электродом в инертных газах.

Дуговой сваркой вольфрамовым электродом можно сваривать все типы соединений в различных пространственных положениях. Примене­ние этого способа целесообразно для соединения металла толщиной до 5-6 мм. Однако его можно использовать и для сварки металла большей толщины. Сварка выполняется без присадочного металла, когда шов формируется за счет расплавления кромок, и с присадочным металлом, подаваемым в зону дуги в виде сварочной проволоки. Как правило, сварку ведут при напряжении дуги 22…34 В, при этом длина дуги должна быть 1,5…3 мм. Вылет конца электрода из сопла не должен превышать 3…5 мм, а при сварке угловых швов и стыковых с разделкой — 5…7 мм.

Сварочные материалы при сварке неплавящимся электродом в инертных газах.

В качестве неплавящегося электрода использу­ют преимущественно стержни из вольфрама, реже — стержни из графита. Наибольшее распространение получили электроды ЭВЛ и ЭВИ диаметром 0,5…10 мм, выдерживающие большую токовую нагрузку.

Основным защитным газом является аргон. Горение дуги в гелии проис­ходит при более высоком напряжении (в 1,4…1,7 раза выше, чем в аргоне). Это требует применения для питания дуги источников с повышенным напря­жением холостого хода. Применение аргон-гелиевых смесей целесообразно в тех случаях, когда требуется повысить проплавляющую способность дуги без увеличения сварочного тока. Используют и некоторые другие газы, например, азот и водород или их смеси с аргоном. Для защиты вольфрамовых электродов не допускается использовать газы, содержащие кислород.

Особенности процесса сварки неплавящимся электродом в инертных газах.

Аргонодуговая сварка вольфрамовым элек­тродом может выполняться с местной или общей защитой, без подачи или с по­дачей присадочной проволоки, на постоянном или переменном токе. Большин­ство металлов сваривают на постоянном токе прямой полярности.

При сварке на постоянном токе прямой полярности обеспечиваются луч­шие условия для термоэлектронной эмиссии с электрода, выше его стойкость и допускаемый предел силы тока. Например, для вольфрамового электрода диаметром 3 мм максимальный ток ориентировочно составляет при прямой полярности 240-280 А, при обратной — лишь 20-45 А, при сварке на переменном токе — 140-160 А. Дуга на прямой полярности легко возбуждается и горит при напряжении 10-15 В в широком диапазоне плотностей тока.

При сварке на постоянном токе обратной полярности возрастает напряжение дуги, уменьшается устойчивость горения, резко снижается стойкость электрода, повышаются его нагрев и расход. Однако при обратной полярности происходит очистка поверхности металла, удаление поверхностных оксидов за счет бомбардировки катода тяжелыми положительными ионами аргона (ка­тодное распыление).

На переменном токе реализуются преимущества дуги прямой и обратной полярностей, т. е. обеспечиваются устойчивость вольфрамового электрода и разрушение поверхностных оксидов на изделии. Указанное свойство исполь­зуют при сварке алюминия, магния, бериллия и их сплавов, имеющих на по­верхности прочные оксидные пленки. При этом удаление пленки происходит в полупериод с обратной полярностью сварочного тока, когда свариваемое из­делие является катодом.

Расход вольфрамовых электродов невелик. При сварке на переменном токе рабочий конец вольфрамового электрода затачивают в виде полусферы. При сварке на постоянном токе конец электрода затачивают под углом 60° на длине 2…3 диаметров или в виде четырехгранной пирамиды. Для уменьшения рас­хода электрода подачу защитного газа начинают за 10…15 с до возбуждения дуги, а заканчивают через 5…10 с после обрыва дуги и дугу возбуждают, не касаясь концом электрода изделия, а используя осцилляторы или разряд кон­денсаторов.

Технологические свойства дуги зависят от рода тока. При прямой полярности на изделии выделяется около 70% тепла, что обеспечивает более глубокое проплавление основного металла. Электропроводимость дуги выше, когда ка­тод на электроде, и ниже, когда катод на изделии. В соответствии с этим и сила сварочного тока неодинакова в различные полупериоды переменного тока — больше при прямой и меньше при обратной полярности, т. е. проявляется выпрямляющий эффект сварочной дуги, связанный с различием теплофизиче­ских свойств электрода и изделия.

Разновидности сварки неплавящимся электродом.

Сварка по окисленной поверхности повышает эффективность выделения тепла в дуге и на изделии. Наличие окислов уменьшает блуждание дуги по основному металлу, и глубина проплавления возрастает на 15…30%, при этом толщина окисной пленки должна быть в пределах 20…200 мкм.

Сварка по слою флюса толщиной до 0,25 мм, состоящего из галогенидов и некоторых окислов, увеличивает глубину проплавления благодаря концен­трации тепловой энергии в активном пятне на изделии и повышению эффек­тивной мощности дуги.

Сварка погруженной дугой реализуется при увеличении расхода защитного газа, что позволяет обжать дугу и повысить ее температуру. Давление защитно­го газа и дуги, оттесняя расплавленный металл, способствует углублению дуги в основной металл. При толщине металла до 10 мм поток газа создает в металле сквозное отверстие. Металл, оплавленный на передней кромке, перемещается в хвостовую часть ванны и, кристаллизуясь, образует шов.

Сварка пульсирующей или импульсной дугой осуществляется при изменении тока по определенной программе. Способ находит применение при сварке металла толщиной от долей миллиметров до 3…4 мм. Ток, необходимый для сварки, включают импульсами с заданной частотой (рис. 4). Это уменьшает размеры сварочной ванны, которая в паузах между импульсами тока частич­но кристаллизуется, что снижает вероятность прожогов. Для уменьшения деионизации дугового промежутка между импульсами поддерживается дежур­ная дуга с уменьшенным током Iдеж. Регулируя соотношение между Iсв и Iдеж, τсв и τп, а также скорость сварки, изменяют форму и размеры шва.

Изменение силы тока, формы шва в плоскости листа и размеров шва при импульсной сварке вольфрамовым электродом в аргоне
Рис. 4. Изменение силы тока (а), формы шва в плоскости листа (б) и размеров шва (в, г) при импульсной сварке вольфрамовым электродом в аргоне: Iсв — сила сварочного тока; Iдеж — сила тока дежурной дуги; τсв — длительность сварочного импульса; τп — длительность паузы.

Техника сварки неплавящимся электродом.

При сварке стыковых соеди­нений металла толщиной до 2,5 мм возникают деформации кромок, приводя­щие к нарушению формирования шва. Для их предупреждения применяют клавишные прижимные приспособления, сборку соединений под углом 7…10° или местный отгиб кромок в сторону подкладки.

Ручную сварку металла толщиной до 10 мм выполняют углом вперед. Для сварки материала толщиной свыше 10 мм следует применять сварку углом назад. Такое положение горелки относительно изделия рекомендуется и при сварке угловых соединений.

При механизированной и автоматической сварке вольфрамовый электрод располагают перпендикулярно поверхности изделия. Угол между ним и присадочной проволокой приближается к 90°.

При сварке металла толщиной 60 мм и более целесообразно использовать многослойную сварку в щелевой зазор с присадочной проволокой. Для этого кромки соединения подготовляют без скоса (под 90° к поверхности) и собирают с зазором 6-8 мм. Первый слой сваривают на медной съемной подкладке или на остающейся подкладке. Диаметр вольфрамового электрода — 2,5…4 мм, сварочный ток до 400 А. Качество соединения можно повысить, если приме­нить электроды с отогнутым рабочим концом и в процессе сварки сообщить им вращательные движения в щели от одной кромки к другой (рис. 5). Зону сварки защищают аргоном или смесью из равных долей аргона и гелия.

Схема сварки в щелевой зазор
Рис. 5. Схема сварки в щелевой зазор: 1 — вольфрамовые электроды; 2 — присадочная проволока.

Сварка плавящимся электродом в инертных газах.

Наиболее распространена сварка одним электродом (однодуговая сварка). В зависимости от свариваемого материала, его толщины и требований, предъявляемых к сварному соединению, в каче­стве защитных газов используют инерт­ные газы или их смеси. Благодаря более высокой стабильности дуги процесс осуществляют преимущественно на по­стоянном токе обратной полярности от источников с жесткой внешней характе­ристикой. Помимо параметров режима, на стабильность горения дуги, форму и размеры шва влияет состав защитного газа и характер переноса электродного металла в сварочную ванну.

Основные параметры процесса свар­ки плавящимся электродом в инертных газах.

Сила тока регулируется скоро­стью подачи электродной проволоки. Увеличение тока сверх определенной величины (выше критического) при аргонно-дуговой сварке плавящимся электродом приводит к резкому переходу от капельного к струйному (мелкокапельному) переносу электродного метал­ла. При этом повышаются стабильность горения дуги и глубина проплавления по оси шва. Критический ток уменьшается при увеличении вылета электрода и при добавлении к аргону до 5% кислорода.

Напряжение дуги устанавливается примерно равным напряжению холо­стого хода источника тока.

Поперечные колебания электрода расширяют технологические возможности способа, позволяют получать широкие валики и улучшать формирование корня шва при сварке на весу и в различных пространственных положениях. Траектория поперечных колебаний электрода зависит от толщины металла и формы разделки.

Расстояние от сопла горелки до изделия для обеспечения качественной газовой защиты выдерживают в пределах 10…15 мм.

Токоподводящий наконечник должен утапливаться в сопло на глубину до 3 мм или при сварке угловых швов и стыковых швов с глубокой разделкой может выступать из сопла на 5-10 мм.

Закономерности изменения формы и размеров шва в зависимости от основ­ных параметров режима примерно такие же, как и при сварке под флюсом. Ре­жимы аргонодуговой сварки сталей плавящимся и неплавящимся электродом приведены в таблице 1.

Режимы аргонодуговой сварки высоколегированных сталей
Таблица 1. Режимы аргонодуговой сварки высоколегированных сталей.

Для обеспечения управляемого мелкокапельного переноса при сварке пла­вящимся электродом применяют импульсный сварочный ток с частотой более 25 имп/с. При этом по определенной программе изменяют основные параметры процесса — напряжение и ток дуги. Возможно одновременное изменение ско­рости подачи проволоки или скорости сварки. При увеличении тока во время импульса резко возрастающие электродинамические силы сбрасывают каплю с торца электрода. Импульсы могут быть одиночными или составлять группу. Импульсный режим оказывает воздействие также на процессы кристаллиза­ции металла сварочной ванны и термический цикл сварки, улучшая свойства сварного соединения.

Техника сварки различных типов соединений и швов в инертных газах.

Тонколистовой ма­териал толщиной до 4 мм сваривают короткой дугой с периодическими замы­каниями. Металл большей толщины сваривают на токах выше критических при струйном переносе электродного металла.

Стыковые соединения при механизированной сварке в нижнем положении выполняют углом вперед или углом назад. Положение электрода и изделия при автоматической сварке в нижнем положении такое же, как и при сварке под флюсом. Минимальная толщина свариваемого металла не менее 0,8 мм, а в ряде случаев не менее 1,5 мм.

Металл толщиной до 4 мм рекомендуется сваривать без разделки кромок в сборочно-сварочных приспособлениях на съемных медных или нержавею­щих подкладках либо на остающихся подкладках. Сварку ведут углом вперед проволокой 0,8…1,2 мм на малых токах и напряжениях.

Металл толщиной более 5 мм можно сваривать как на весу, так и на под­кладках.

Толщины до 12 мм сваривают без разделки кромок или с V-образной раздел­кой под углом 50…60°, а большие толщины — с V-, U- и Х-образной разделкой. Для улучшения формирования шва сварку ведут с поперечными колебаниями электрода.

Нахлесточные соединения металла толщиной до 1,5 мм обычно сваривают на медной или стальной подкладке. Дугу направляют на верхнюю кромку. Ме­талл большей толщины сваривают на весу, с наклоном электрода поперек шва. Дугу направляют в угол среза кромки верхнего листа.

Угловые соединения выполняют как «в лодочку», так и наклонным элек­тродом. В последнем случае электрод наклоняют на 50-60° к полке. При свар­ке тонколистового металла дугу направляют в угол. При толщине металла бо­лее 5 мм во избежание подрезов стенки электрод смещают в сторону полки.

Вертикальные швы выполняют проволокой диаметром 0,8…1,2 мм на ре­жимах с частыми короткими замыканиями при минимальном напряжении или импульсной дугой. При сварке сверху вниз выше производительность и лучше формирование шва.

Металл больших толщин сваривают снизу вверх, хотя скорость сварки при этом в 1,5…3 раза меньше. Металл толщиной до 4 мм сваривают без попереч­ных колебаний электрода, а больших толщин — с колебаниями. Сила тока за­висит от возможности удержания ванночки на вертикальной плоскости.

Импульсная дуга позволяет существенно упростить сварку вертикальных швов. Частота импульсов при сварке в аргоне металла толщиной до 3 мм — око­ло 33 имп/с, при сварке листов толщиной 3…6 мм — 50 имп/с, а при большей толщине — 100 имп/с.

Горизонтальные швы выполняют тонкой проволокой на режимах с часты­ми короткими замыканиями и импульсной дугой. Металл толщиной до 3 мм сваривают без разделки кромок. При толщине металла более 4 мм необходим скос кромки верхнего листа. На металле толщиной более 8 мм корневой шов сваривают тонкой проволокой с частыми короткими замыканиями, импульсно­дуговой сваркой или неплавящимся электродом. Разделку заполняют плавя­щимся электродом на больших токах, а облицовочный шов сваривают тем же способом, что и корневой.

Потолочные швы сваривают углом назад импульсной дугой тонкой прово­локой на режимах с частыми короткими замыканиями и при струйном перено­се, а также на пониженных напряжениях. Металл толщиной до 4 мм сваривают без поперечных колебаний электрода, а большей толщины — с колебаниями. Металл толщиной более 6 мм рекомендуется сваривать за несколько проходов.

Сварка плавящимся электродом в активных газах и смесях.

При сварке в активных газах существенное влияние на каче­ство шва, форму проплавления и потери на угар и разбрызгивание оказывает процесс переноса электродного металла. Перенос электродного металла при сварке сплошными проволоками может быть капельный, с короткими замыка­ниями дугового промежутка или струйный. Состав активного газа оказывает значительное влияние на перенос металла и форму проплавления. При сварке в углекислом газе и смеси Аr + (> 25%) СО2 на всех режимах, а также в смесях Аr + О2 и Аr + (< 15%) CO2 с силой тока меньше критической перенос преиму­щественно капельный и форма провара такая же, как при сварке под флюсом. При сварке в смесях Аr + О2 и Аr + (<15%) CO2 с силой тока выше критической появляется струйный перенос и узкое глубокое проплавление по центру шва. В таблице 2 приведены данные о расходе углекислого газа в зависимости от диаметра сварочной проволоки.

Расход углекислого газа
Таблица 2. Расход углекислого газа.

При использовании порошковых проволок может быть получен процесс свар­ки без коротких замыканий и с переносом металла каплями среднего размера.

Особенности процесса сварки плавящимся электродом в активных газах и смесях.

Процесс переноса с короткими замыканиями наблюдается при сварке тонкими проволоками и низких напряжениях на дуге (рис. 6). При оплавлении электрода образуется капля электродного метал­ла и скорость плавления проволоки уменьшается при сохранении постоянной скорости ее подачи (интервал между точками τ1 и τ2). В результате электродная проволока приближается к ванне и капля замыкает дуговой промежуток. На­пряжение резко уменьшается (точка τ2), а сила тока в цепи возрастает. С увели­чением тока пинч-эффект приводит к образованию шейки между электродной проволокой и каплей и ускорению перехода капли в ванну. Утоненная шейка перегревается проходящим током и перегорает со взрывом (точка τ3). Это яв­ляется основной причиной повышенного разбрызгивания электродного метал­ла при сварке с короткими замыканиями. Далее напряжение резко возрастает и зажигается дуга (точка τ4). После этого весь цикл повторяется.

Схема изменения напряжения дуги  и сварочного тока при дуговой сварке в СО2 с короткими замыканиями
Рис. 6. Схема изменения напряжения дуги Uд и сварочного тока Iсв при дуговой сварке в СО2 с короткими замыканиями:
τц — длительность цикла; τн, и τc — длительность нарастания и спада напряжения; τд и τк.з. — длительность горения дуги и короткого замыкания.

С увеличением силы тока частота коротких замыканий увеличивается, а диаметр капель на электроде и потери на разбрызгивание уменьшаются. С по­вышением напряжения частота коротких замыканий уменьшается, увеличи­ваются диаметр капель на электроде, длительность их пребывания в зоне дуги, потери на окисление и разбрызгивание. При определенных значениях силы тока и напряжения процесс переходит в крупнокапельный.

С увеличением вылета электрода увеличиваются длина дуги, длительность периодов горения дуги и диаметр капель.

При сварке электродной проволокой диаметром до 1,6 мм и небольших сварочных токах при короткой дуге с напряжением до 22 В процесс идет с ко­роткими замыканиями, частота которых достигает 450 с-1. При этом потери на разбрызгивание не превышают 8%.

Состав проволоки отражается на процессе сварки в случаях, когда изменя­ются характеристики дугового разряда, поверхностное натяжение или удель­ное электрическое сопротивление проволоки.

Основные параметры режима сварки плавящимся электродом в активных газах и смесях.

Сварку в активных газах обычно вы­полняют на постоянном токе обратной полярности.

Сила тока зависит от диаметра и состава электрода, скорости подачи элек­тродной проволоки, вылета электрода и состава газа (рис. 7). Силу тока ре­гулируют путем изменения скорости подачи проволоки и напряжения дуги.

Зависимость скорости подачи электродной проволоки от силы тока при сварке на обратной полярности в СО2 и в смеси газов Аr + О2
Рис. 7. Зависимость скорости подачи Vп электродной проволоки марки Св08Г2С от силы тока при сварке на обратной полярности в СО2 (а) и в смеси газов Аr + О2 (б)

С повышением напряжения дуги увеличивается ширина шва, уменьшается высота усиления и улучшается форма шва, однако одновременно увеличивают­ся потери на разбрызгивание.

Вылет электрода при сварке проволоками диаметром 0,5…1,4 мм влияет на стабильность процесса сварки. Обусловлено это изменением нагрева электро­да на вылете проходящим током. При сварке проволоками диаметром 1,6 мм и более влияние вылета электрода на стабильность процесса сварки намного меньше. Увеличение вылета позволяет повысить коэффициент расплавления электрода и уменьшает глубину проплавления.

При сварке углом вперед глубина провара уменьшается, а ширина шва увеличивается. При этом сварку можно вести на повышенных скоростях.

При сварке углом назад более 15° глубина провара несколько увеличивает­ся, причем глубина провара при сварке в углекислом газе несколько больше, чем при сварке под флюсом.

Влияние скорости сварки примерно такое же, как при сварке под флюсом.

Процесс сварки на прямой полярности отличается большим разбрызгива­нием. Скорость расплавления электрода увеличивается в 1,6…1,8 раза.

Техника сварки различных типов соединений и швов плавящимся электродом в активных газах и смесях.

Стыковые соедине­ния металла толщиной 0,8…1,2 мм можно сваривать на медных или стальных подкладках, а также на весу. Для соединения металла таких толщин приме­няют сварку на обратной полярности проволокой 0,7…0,8 мм на малых токах и напряжениях с частыми короткими замыканиями. В качестве защитных га­зов рекомендуют углекислый газ и смеси Ar + 25% СО2, Ar + O2+ 20% CO2.

При сварке металла толщиной 1,2…2 мм рекомендуют однопроходную сварку с периодическим прекращением процесса или с поперечными колеба­ниями электрода.

Металл толщиной более 3 мм обычно сваривают в несколько проходов или с двух сторон. Разделку кромок при сварке в СО2, учитывая большую глубину провара, выполняют с меньшим углом раскрытия кромок, чем при сварке под флюсом.

При использовании смесей Аr + СО2, Аr + О2 + СО2 и Аr + О2 разделку кро­мок обычно делают такую, как при сварке под флюсом.

Нахлесточные соединения металла толщиной 0,8…1,5 мм сваривают на весу или на подкладке вертикальным электродом, направленным на кромку верхнего листа.

Металл толщиной более 1,5 мм сваривают на весу наклонным электродом. При сварке металла равных толщин электрод направляют в угол, а неравных — на лист большей толщины.

Угловые соединения выполняют наклонным электродом при вертикальном расположении стенки соединения (табл. 3). Швы с катетом более 8 мм рекомендуется сваривать «в лодочку» вертикальным электродом. В некоторых случаях при сварке металла большой толщины делают скос кромки. В этом случае электрод направляют в угол разделки.

Режимы механизированной сварки в углекислом газе низкоуглеродистой стали
Таблица 3. Режимы механизированной сварки в углекислом газе низкоуглеродистой стали.

Замковые соединения позволяют выполнять сварку первых проходов на больших токах, поскольку в данном случае отсутствует опасность прожога ли­стов. При сварке замкнутых сосудов для исключения пор в корне шва требует­ся сборка без зазоров, поэтому детали собирают с натягом.

Вертикальные швы на металле толщиной до 6 мм и корневые швы при переменных зазорах сваривают сверху вниз углом назад. Металл толщиной до 3 мм сваривают без колебаний электрода, металл большей толщины — с поперечны­ми колебаниями электрода. Скорости сварки сверху вниз обычно в 2…2,5 раза выше, чем при сварке снизу вверх.

Листы толщиной более 7 мм сваривают снизу вверх проволоками диаме­тром до 1,6 мм углом вперед или назад.

Горизонтальные швы соединений листов толщиной до 6 мм выполняют проволоками диаметром 0,8…1,4 мм. Соединения металла толщиной до 3 мм собирают без скоса кромок, а при большей толщине делают скос на кромке верхнего листа.

Потолочные швы рекомендуют выполнять проволокой диаметром 0,5…1,4 мм углом назад на минимальных напряжениях и токах. Сварку стыковых швов с разделкой ведут с поперечными колебаниями электрода. Металл толщиной более 6 мм сваривают в два и более прохода.

Сварка порошковыми проволоками в защитных газах.

Для сварки применяют проволоки без дополнительной защиты (самозащитные) или с дополнительной защитой углекислым газом. Для сварки в углекислом газе рекомендуют применять порошковые проволоки рутиловые и рутил-флюоритовые.

В зависимости от типа проволоки (рутил-органический, карбонатно­флюоритовый и др.) используют постоянный ток прямой или обратной поляр­ности от источника с крутопадающей или жесткой внешней характеристикой.

Особенности процесса сварки порошковыми проволоками в защитных газах.

Конструкция порошковой проволоки опре­деляет некоторые особенности ее плавления. Сердечник проволоки на 50…70% состоит из неметаллических, неэлектропроводных материалов, поэтому дуга горит на металлической оболочке. Компоненты сердечника могут частично переходить в сварочную ванну в нерасплавленном состоянии, что вызывает об­разование пор и неметаллических включений в металле шва.

Металлургические особенности процесса сварки порошковыми проволока­ми определяют повышенную склонность металла шва к образованию пор при отклонении напряжения дуги и вылета электрода от значений, рекомендуе­мых производителем.

Техника сварки порошковыми проволоками в защитных газах.

Подготовка кромок, их очистка и сборка под сварку осу­ществляются теми же способами, что и при других способах сварки. Прихват­ки выполняют покрытыми электродами или порошковой проволокой.

Техника сварки порошковыми проволоками мало отличается от сварки плавящимся электродом в защитных газах. Однако появление на поверхности сварочной ванны шлака, затекающего при некоторых условиях в зазор между кромками впереди шва, изменяет условия проплавления корня шва и может привести к непровару кромок. Необходимо следить за равномерным покры­тием всей сварочной ванны шлаком. При многослойной сварке поверхность предыдущих швов рекомендуется тщательно очищать от шлака.

При сварке стыковых швов проволока должна быть перпендикулярна по­верхности изделия или расположена углом назад с отклонением от вертикали до 15°. При сварке угловых швов «в лодочку» или наклонным электродом угол между электродом и поверхностью изделия должен быть 45…60°.

Проволоки рутил-органического типа имеют удовлетворительные технологические свойства, мало чувствительны к изменению напряжения дуги. Одна­ко сварка на большом токе и при низком напряжении на повышенной скорости может привести к образованию в швах подрезов. Вылет электрода должен быть 15…20 мм.

Проволоки карбонатно-флюоритового типа требуют стабилизации на­пряжения дуги и более тщательной очистки кромок, чем проволоки рутил-органического типа. Для надежного возбуждения и горения дуги и предупрежде­ния в швах пор вылет электрода должен устанавливаться в пределах 25…30 мм.

Сварка точечных швов в защитных газах.

Точечные швы выполняют в любом пространственном поло­жении вольфрамовым или плавящимся электродом в основном для получения нахлесточных соединений. Для предупреждения прожога в соединениях необ­ходимо обеспечить плотное прилегание листов с зазором не более 0,5 мм, а с обратной стороны можно установить медные подкладки.

Размеры точки и ее свойства зависят главным образом от силы сварочного тока, напряжения и времени горения дуги.

При сварке вольфрамовым электродом используют сварочные пистолеты, конструкция которых позволяет поджать верхний лист к нижнему. Хорошее качество точек достигают при толщине верхнего листа до 2 мм. Во избежание загрязнения рабочего конца электрода дугу возбуждают с помощью осцилля­тора. При увеличении сварочного тока и времени горения дуги глубина про­плавления и диаметр точки увеличиваются. Для обеспечения хорошей защиты зоны сварки применяют различные типы газовых насадок. Время протекания сварочного тока регулируют с помощью реле. Образование подрезов, трещин и пор в точке предупреждают повторным кратковременным возбуждением дуги и плавным уменьшением тока.

При использовании плавящегося электрода точки сваривают в нижнем по­ложении при толщине верхнего листа до 6 мм без отверстия, а в вертикальном и потолочном положениях ведут сварку с короткими замыканиями импульсно­дуговым способом. Размеры точек регулируют, изменяя силу сварочного тока и напряжение дуги, диаметр электрода и время горения дуги. Для увеличения размеров точки сварку можно выполнять с круговым перемещением электрода. Целесообразно вести сварку полуавтоматами с реле времени, регулирующими время подачи электродной проволоки. Для защиты следует использовать соп­ла, как и при обычной сварке, но с отверстиями для выхода газа. При соедине­нии металла толщиной свыше 2 мм к концу сварки ток уменьшают и увеличи­вают напряжение дуги.

Сварка под флюсом.

Дуговая сварка под флюсом — это дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса. Процесс отличается от других видов сварки наибольшей производительностью, высоким уровнем механизации сва­рочных работ и лучшими гигиеническими условиями труда. Экономичность процесса определяется снижением расхода сварочных материалов за счет со­кращения потерь металла на угар, разбрызгивание (не более 3%) и лучшего ис­пользования тепла дуги.

Сварку под флюсом применяют для изготовления машиностроительных из­делий, крупногабаритных резервуаров, строительных конструкций и труб из сталей, никелевых сплавов, меди, алюминия, титана и их сплавов.

Особенности процесса сварки под флюсом.

Сущность сварки под флюсом.

При этом способе сварки элек­трическая дуга горит под слоем сварочного флюса между электродной (свароч­ной) проволокой и свариваемым металлом (рис 1). Флюс засыпают впереди дуги из бункера слоем толщиной 40…80 и шириной 40…100 мм. Ролики специ­ального механизма подают электродную проволоку в дугу. Дуга перемещается в направлении сварки с помощью специального механизма (автоматическая сварка) или вручную (механизированная сварка). Сварочный ток, переменный или постоянный, прямой или обратной полярности, подводится от источника к электродной проволоке и изделию.

Схема дуговой сварки под флюсом
Рис. 1. Схема дуговой сварки под флюсом:
1 — источник тока; 2 — скользящий контакт (токоподвод); 3 — подающий ролик; 4 — электродная проволока; 5 — парогазовый пузырь; 6 — флюс; 7 — расплавленный флюс; 8 — затвердевший шлак; 9 — свариваемый (основной) металл; 10 — сварочная ванна; 11 — сварочная дуга; Ксв,^под — скорость сварки и подачи электродной проволоки; h — глубина проплавления основного металла.

Сварочная дуга горит в газовом пузыре, образованном в результате плавле­ния флюса и металла и заполненном парами металла, флюса и газами. Перенос электродного металла осуществляется каплями, размер которых уменьшается с ростом тока и увеличивается с повышением напряжения, и мало влияет на потери на угар и разбрызгивание. Жидкая пленка флюса изолирует от возду­ха зону сварки, а затвердевший флюс образует на поверхности шва шлаковую корку, которая затем отделяется от поверхности шва. Масса флюса, идущего на шлаковую корку, обычно равна массе расплавленной сварочной проволоки.

GamePark RU

Роль флюса при сварке.

Флюс влияет на устойчивость дуги, формирование и химический состав металла шва, стой­кость швов против образования пор и кристаллизационных трещин.

Устойчивость дуги повышает на­личие во флюсе оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, кото­рые увеличивают электрическую прово­димость и длину дугового промежутка. Соединения фтора, напротив, снижают эти показатели. Таким образом, в зави­симости от химического состава флюсы обладают разными стабилизирующими свойствами.

Форма шва определяется стабили­зирующими свойствами флюса, его на­сыпной массой и гранулометрическим составом. Флюс с плохими стабилизи­рующими свойствами, укорачивая дугу, приводит к формированию узких швов с большой глубиной проплавления и высоким усилением. Флюс с хорошими стабилизирующими свойствами позволяет удлинить дугу, получить широкие швы с малым проплавлением и небольшой высотой усиления.

Насыпная масса флюса пемзовидных плавленых флюсов (0,7…0,9 г/см3) меньше стекловидных (насыпная масса 1,4…1,7 г/см3) одинакового хими­ческого состава, поэтому на плавление пемзовидного флюса требуется вдвое меньше энергии и ширина швов больше.

Гранулометрический состав флюса (размер его зерен) также влияет на фор­му шва. Под мелким флюсом швы получаются более узкие, с большей глубиной проплавления и с большей высотой усиления, чем при использовании крупнозернистого флюса.

Химический состав металла шва определяется взаимодействием меж­ду жидким шлаком и металлом. Длительность этого взаимодействия обычно очень невелика и при дуговой сварке может колебаться от нескольких секунд до 1 минуты. Взаимодействие прекращается после затвердевания металла и шлака. Несмотря на кратковременность реакции, взаимодействие между шлаком и металлом при дуговой сварке, как правило, проходит очень энергич­но, что обусловлено высокими температурами расплавленных металла и шла­ка, значительными поверхностями их контакта и относительно большим коли­чеством шлака (в среднем 30…40% массы металла).

Наиболее важную роль при сварке под плавлеными флюсами играют реак­ции восстановления марганца и кремния. Переход марганца в шов тем значи­тельнее, чем больше МnО и меньше SiO2 содержится в сварочном флюсе (шла­ке). Чем более кислый флюс, тем переход марганца меньше. Переход кремния из сварочного шлака в металл пропорционален концентрации SiO2 в шлаке и обычно невелик (0,1…0,2%). Увеличение основности флюса снижает пере­ход кремния из шлака в металл.

Поры в швах появляются при повышенной влажности флюса и недостаточ­ной защите зоны сварки от воздуха (малый слой флюса, большие зазоры между свариваемыми кромками) за счет растворения водорода и образования СО2. Компоненты флюса CaF2 и SiO2 способствуют образованию HF, нерастворимого в жидком металле, поэтому содержание водорода в металле шва и вероятность образования пор уменьшаются. Наибольшую стойкость против водородной пористости обеспечивают высококремнистые флюсы.

Чем более развита поверхность зерен флюса, тем больше выделяется газо­образных фторидов и тем интенсивней связывается водород в сварочной ван­не в нерастворимые соединения. Максимально развитую поверхность имеют пемзовидные флюсы, поэтому они наиболее эффективны против образования пор.

Стойкость швов против образования трещин при сварке низкоуглероди­стых и низколегированных сталей обеспечивают высококремнистые флюсы с высоким содержанием оксидов марганца (35…40%). Увеличение содержа­ния марганца в металле сварочной ванны и введение в нее алюминия и титана повышает стойкость швов против образования кристаллизационных трещин, уменьшая вредное влияние серы. Применение флюсов, окисляющих углерод в сварочной ванне, также способствует увеличению стойкости швов против трещин.

Print Bar

Электродные материалы при сварке под флюсом.

В промышленности преимущественное примене­ние находит способ сварки под флюсом сварочной проволокой диаметром от 2 до 5 мм. Однако в некоторых случаях сварку и особенно наплавку целесообразно выполнять ленточными электродами. Лента, применяемая для этих электро­дов, имеет толщину до 2 мм и ширину до 40 мм. Изменяя форму ленты, можно изменить и форму поперечного сечения шва, достигая повышенной глубины проплавления по его оси или получая более равномерную глубину проплавле­ния по всему сечению шва.

Производительность процесса сварки под флюсом.

По сравнению с руч­ной дуговой сваркой производительность увеличивается в 5…12 раз. При сварке под флюсом ток по электродной проволоке проходит только в ее вы­лете (участке от токоподвода до дуги), длина которого обычно не превышает 70 мм. Поэтому нет ограничений по температуре нагрева проволоки и можно использовать повышенные (25…200 А/мм2) плотности сварочного тока. Появляется возможность сваривать металл повышенной толщины без разделки кромок или уменьшить угол разделки и, следовательно, количество элек­тродного металла, необходимого для ее заполнения. Металл шва состоит на 80% из переплавленного основного металла. В результате скорость свар­ки может быть значительно увеличена. Соответственно, возрастает произво­дительность процесса.

Качество сварного соединения при сварке под флюсом.

Высокое качество достигается за счет на­дежной защиты расплавленного металла от взаимодействия с воздухом, его металлургической обработки и легирования расплавленным шлаком. Нали­чие шлака на поверхности шва уменьшает скорость кристаллизации металла сварочной ванны и скорость охлаждения сварного соединения. В результате металл шва не имеет пор, содержит пониженное количество неметаллических включений. Улучшение формы шва и стабильности его размеров, особенно глу­бины проплавления, обеспечивает постоянство химического состава и других свойств по всей длине шва.

Недостатки сварки под флюсом.

Повышенная жидкотекучесть расплавленного метал­ла и флюса делает возможной сварку только в нижнем положении при отклоне­нии плоскости шва от горизонтальной не более чем на 10…15°С.

Способы сварки под флюсом.

Наиболее часто сварку ведут одним электродом или одной ду­гой. Для расширения технологических возможностей и повышения производи­тельности сварки можно использовать несколько одновременно горящих дуг.

Многоэлектродная сварка под флюсом.

В этом случае питание дуг сварочным током производится от одного источника. При сварке двумя электродами, если рас­стояние между ними менее 20 мм, образуется единая сварочная ванна. Элек­троды могут располагаться поперек или вдоль стыка кромок или занимать промежуточное положение (рис. 2, а). Поперечное расположение электро­дов применяют для сварки отдельных слоев многослойных швов при увели­ченных зазорах в стыке между кромками, а также наплавки. Последователь­ное расположение электродов позволяет увеличивать глубину проплавления (рис. 2, в).

Схемы двухэлектродной и двухдуговой сварки под флюсом и формы шва при различном расположении электродов относительно стыка при двухэлектродной сварке
Рис. 2. Схемы двухэлектродной (а) и двухдуговой (б) сварки под флюсом и формы шва при различном расположении электродов относительно стыка при двухэлектродной сварке (в): α1, α2 — углы наклона электродов; стрелки показывают направление сварки.

Многодуговая сварка под флюсом.

При этом способе каждый электрод присоединен к отдельному источнику постоянного, переменного тока, или дуги питаются разнородными токами. Образовавшиеся дуги могут гореть в одном газовом пу­зыре. Электроды располагаются перпендикулярно свариваемой поверхности или наклонно в плоскости, параллельной направлению сварки (рис. 2, б). При отклонении первой дуги на угол α1 растет глубина проплавления, а при отклонении второй дуги на угол α2 увеличивается ширина шва, определяемая этой дугой. Это позволяет избежать подрезов по кромкам шва, резко повысить скорость сварки, а значит, и производительность процесса.

При увеличенном расстоянии между электродами дуги горят в раздельные сварочные ванны. Обычно в таком случае электроды располагаются перпендикулярно поверхности изделия. Сварка по этой схеме позволяет уменьшить ве­роятность появления закалочных структур в металле шва и околошовной зоны. Это объясняется тем, что первая дуга выполняет предварительный подогрев, который уменьшает скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны после прохода второй дуги. Вторая дуга частично переплавляет первый шов и термически обрабатывает его. Изменяя сварочный ток каждой дуги и рас­стояние между ними, можно получать требуемый термический цикл сварки и таким образом регулировать свойства металла сварного соединения.

Сварка с дополнительной присадкой.

Стыковые швы с разделкой кромок и угловые швы, где требуется большое количество наплавленного металла, ино­гда выполняют с подачей дополнительного порошкового присадочного металла (ППМ). ППМ предварительно засыпают в зазор между кромками или подают на вылет электрода с помощью специальных дозаторов. Это на 50…70% уве­личивает количество наплавляемого металла, повышает производительность сварки, позволяет вести сварку по увеличенным зазорам, снизить перегрев ме­талла шва и уменьшить ширину зоны термического влияния.

Подготовка и сборка деталей под сварку под флюсом.

Основные типы соединений, конструктивные элементы и их размеры регламентируются двумя стандартами: ГОСТ 8713-79 и ГОСТ 11533-75.

Сборка деталей под сварку под флюсом.

Подготовка элементов к сварке под флюсом проводится любым механическим способом или методом термической резки (кислородной, плазменной). Очистка может производиться как механическими способами, так и газопламенной обработкой.

Сборку элементов со стыковыми швами проводят на стеллажах или специ­альных приспособлениях. Если свариваемые кромки имеют разную толщину, то должен быть сделан скос с одной или двух сторон листа большей толщины. Допустимые смещения (превышение) свариваемых кромок друг относительно друга приведены ниже.

Толщина листов, ммдо 44…10более 10
Допустимые смещения кромок, мм120,5S, но не более 3 мм

Зазор и взаимное расположение листов при сварке стыковых швов без раз­делки кромок фиксируется прихватками и технологическими планками. Дли­на прихваток 50…100 мм, расстояние между прихватками по длине стыка 500…550мм, высота усиления прихватки 3…4 мм. Сварку следует начинать на входных, а заканчивать на выходных технологических планках (рис. 3, а), которые после остывания шва удаляют.

Входные и выходные планки для стыковых швов с разделкой и без разделки кромки и для углового шва
Рис. 3. Входные и выходные планки для стыковых швов с разделкой (а) и без разделки (б) кромки и для углового шва (в)

При сборке стыковых соединений с разделкой кромок прихватки по длине стыка ставить не рекомендуется. Листы перед сваркой скрепляют концевыми планками (рис. 3, б). Разделка кромок входных и выходных технологиче­ских планок должна быть такая же, как и кромок основного соединения. Дли­на выходной планки должна быть на 40…50 мм больше кратера основного шва, ширина обычно равна 80…120 мм.

Сборку тавровых соединений обычно выполняют в специальных кондукторах, либо на стеллажах по разметке. Перед сваркой элементы соединяют прихватками (длина прихваток 80…120 мм, катет < 5 мм, расстояние между прихватками 500…600 мм). Перед сваркой к детали приваривают концевые планки (рис. 3, в) и при сварке «в лодочку», если зазор между элементами превышает 2 мм, выполняют подварочный шов со стороны, противоположной первому шву.

Формирующие приспособления при сварке под флюсом.

При сварке однопроходных стыковых швов с проплавлением металла на всю толщину или первого прохода много­слойного шва может произойти вытекание сварочной ванны и образование про­жога. Для предупреждения прожогов используют формирующие подкладки (съемные из меди, остающиеся из стали, флюсовые подушки, керамические подкладки и гибкие формирующие ленты). Высокое качество шва обеспечива­ется при плотном поджатии подкладок. Зазор между подкладкой и кромками не должен превышать 1 мм. Если между подкладкой и изделием есть зазоры, то в шве образуются протеки и прожоги.

Сварка на медной подкладке, удаляемой после сварки, весьма распространена. Для провара корня шва и формирования обратного валика в подкладке делают канавку (рис. 4, а — б). Для предупреждения проплавления подкладки в канавку предварительно засыпают флюс. Подкладка может быть неподвиж­ной или скользящей.

Остающуюся стальную подкладку используют в некоторых случаях при сварке сталей. Ее толщина составляет до 40% толщины свариваемого металла (но не более 4…5 мм) при ширине 30…50 мм (рис. 4, в.). Сварной шов должен частично проплавлять и подкладку. Стальную подкладку под стыком закрепля­ют на прихватках, что требует кантовки изделия. Кроме того, увеличивается расход металла. Зазор между подкладкой и деталью может быть причиной по­явления трещин в шве при переменных нагрузках.

Схемы подкладок, применяемых при сварке листового материала под флюсом
Рис. 4. Схемы подкладок, применяемых при сварке листового материала под флюсом:
а — медная; б — медная с канавкой; в — стальная; г — флюсовая подушка; 1 — флюс; 2 — брезентовый рукав.

Сварка с предварительной подваркой корня шва технологически более удобна. Подварочный шов можно выполнять вручную покрытыми электрода­ми или плавящимся электродом в защитном газе. Глубина провара должна до­стигать 1/3 толщины свариваемого металла. Требования к равномерности за­зора по длине стыка снижаются.

Сварка на флюсовой подушке (рис. 4, г) допускает меньшую точность сборки стыка под сварку, чем сварка на подкладке. Свариваемые листы укла­дывают на стеллаж, в котором смонтирована флюсовая подушка. Воздух, по­даваемый в брезентовый рукав, поджимает лоток с флюсом.

При сварке кольцевых швов изнутри флюс снаружи поджимается флюсо­ременной подушкой, движение которой обеспечивается за счет трения о по­верхность изделия (рис. 5, а). Сварка первым слоем производится изнутри сосуда, а последующими — снаружи.

При сварке снаружи кольцевых швов труб диаметром до 800 мм часто при­меняют флюсомедные подкладки, которые могут быть неподвижными или перекатывающимися (рис. 5, б — в).

Флюсовая подушка и флюсомедные неподвижные и перекатывающиеся подкладки для сварки кольцевых швов
Рис. 5. Флюсовая подушка (а) и флюсомедные неподвижные (б) и перекатывающиеся (в) подкладки для сварки кольцевых швов: 1 — флюс; 2 — ременная передача.

Применяют также самоклеящиеся гибкие флюсонесущие ленты, ленты из стекловолокна, съемные подклад­ки одно- или многоразового пользо­вания из спрессованного флюса или многослойного керамического форми­рующего материала в виде специаль­ных пластин. Подкладки закрепляют с помощью эксцентриков, рычажных и винтовых поджимов и другими спо­собами. Если формирование обратного валика при сварке на весу или съем­ных подкладках является неудовлет­ворительным, корень шва вырубают или выплавляют и заваривают подва­рочным швом.

Параметры режима при сварке под флюсом.

Параметры режима условно можно разбить на основные и до­полнительные. Основными являются: величина, род и полярность тока, напря­жение дуги, диаметр и скорость подачи электродной проволоки, скорость свар­ки (табл. 1). К дополнительным параметрам режима можно отнести: длину вылета электродной проволоки, состав и строение флюса (плотность, размеры частиц), положение изделия и электрода при сварке.

Типовые режимы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей на флюсовой подушке
Таблица 1. Типовые режимы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей на флюсовой подушке.

Сварочный ток оказывает наибольшее влияние на форму и размеры шва. При его увеличении (рис. 6, а) интенсивно повышаются глубина проплав­ления и высота усиления шва, а его ширина возрастает незначительно. Род и полярность тока тоже оказывают влияние на глубину провара. По сравне­нию с постоянным током прямой полярности сварка на постоянном токе об­ратной полярности на 40…50%, а на переменном на 25…30% увеличивает глубину проплавления.

Увеличение напряжения на дуге увеличивает ширину сварного шва, глу­бина проплавления практически не меняется, высота усиления снижается (рис. 6, б).

Диаметр электродной проволоки оказывает значительное влияние на форму и размеры шва, особенно на глубину проплавления, которая возрастает при уменьшении диаметра используемой электродной проволоки.

Скорость подачи электродной проволоки для поддержания стабильного го­рения дуги при данном диаметре должна соответствовать определенной силе сварочного тока и напряжению на дуге. С увеличением вылета электрода ско­рость подачи при постоянстве остальных параметров режима необходимо по­вышать. При использовании легированных проволок с повышенным электри­ческим сопротивлением скорость подачи должна возрастать.

Влияние скорости сварки (рис. 6, в) на глубину проплавления и ши­рину шва носит сложный характер. Сначала при увеличении скорости сварки давление дуги все больше вытесняет жидкий металл, толщина про­слойки жидкого металла под дугой уменьшается и глубина проплавления возрастает. При дальнейшем увеличении скорости сварки (более 20 м/ч) заметно уменьшается погонная энергия и глубина проплавления начина­ет уменьшаться. Во всех случаях при увеличении скорости сварки ширина шва уменьшается. При скорости сварки более 70…80 м/ч по обеим сторонам шва возможны несплавления с кромками основного металла или подрезы.

Влияние вылета в диапазоне 50…150 мм при диаметре электрода более 3 мм на форму сварного шва не существенно (рис. 6, г).

Влияние сварочного тока, напряжения дуги, скорости сварки и вылета электрода на размеры и форму шва
Рис. 6. Влияние сварочного тока (а), напряжения дуги (б), скорости сварки (в) и вылета электрода (г) на размеры и форму шва: е — ширина шва; h — глубина проплавления; q — высота усиления.

Наклон электрода вдоль шва и положение детали также оказывают влия­ние на форму шва. Обычно сварку выполняют вертикально расположенным электродом, но в отдельных случаях она может производиться с наклоном электрода углом вперед или углом назад. При сварке углом вперед жидкий металл подтекает под дугу, толщина его прослойки увеличивается, а глубина проплавления уменьшается. При сварке углом назад прослойка уменьшается, проплавление возрастает.

Наклон изделия изменяет глубину проплавления. При сварке на подъем глубина проплавления растет и увеличивается вероятность прожога. При свар­ке на спуск металл сварочной ванны, подтекая под дугу, уменьшает глубину проплавления и появляется опасность образования несплавлений и шлаковых включений.

Изменение температуры изделия в пределах от -60 до +350°С практиче­ски не влияет на форму шва. При подогреве изделия до более высокой темпера­туры возрастает глубина и особенно ширина шва.

Техника сварки под флюсом различных типов швов и соединений.

Стыковые соединения и швы.

Односторонними однопроходны­ми стыковыми швами соединяют металл толщиной до 20 мм. Более толстый ме­талл сваривают двусторонними однопроходными или многопроходными швами.

При односторонней сварке металла толщиной 4…6 мм без разделки кро­мок стремятся уменьшить зазор при сборке. Стыки более толстого металла (10…12 мм) для увеличения глубины провара собирают с зазором. Но в обоих случаях формирующие подкладки или подварка обязательны.

Сварка на весу (без подкладок) возможна только при условии плотной и точной сборки стыка без зазоров. Глубина провара не должна превышать 2/3 толщины металла, в противном случае возможны прожоги. Сварку на весу од­носторонних швов применяют для неответственных конструкций из тонкого металла или конструкций, в которых по условиям эксплуатации допустим не­провар в корне шва.

Двусторонняя автоматическая сварка менее производительна, чем односторонняя, но более надежна, так как на качество швов в меньшей степени влияет изменение режимов сварки, точность сборки, не требуется сложных устройств для формирования корневой части шва.

Сварка первого шва по этой технологии выполняется на флюсовой подушке или на весу. Сварка второго шва с обратной стороны выполняется после зачист­ки корневого участка первого шва. Техника сварки первого прохода такая же, как и для односторонних швов.

Во всех случаях режимы сварки необходимо выбирать таким образом, что­бы глубина провара первого слоя составляла примерно половину толщины свариваемого металла. Второй шов сваривают с более глубоким проваром, равным 0,65…0,7 толщины свариваемого металла.

Многопроходные двусторонние стыковые швы применяют для соединения металла средних и больших толщин (преимущественно более 20 мм) с обязательной разделкой кромок. Число слоев определяется толщиной металла и режимом сварки. При многопроходной сварке предпочтительнее Х-образная разделка.

При соединении металлов большой толщины (до 300 мм) сварку ведут в узкий зазор (щелевая разделка) между свариваемыми кромками шириной 16…36 мм. Это позволяет уменьшить деформации и остаточные напряжения в швах.

Сварка тавровых, угловых и нахлесточных соединений.

Сварку угловых швов в таких соединениях выполняют вертикальным электродом «в лодочку», наклонным электродом в угол или вертикальным электродом с оплавлением кромки верхнего листа.

При сварке «в лодочку» (рис. 7, а) шов формируется хорошо, но приме­нение подкладок затруднено, поэтому зазор между деталями не должен пре­вышать 1,5 мм. Техника сварки при положении «в лодочку» не отличается от сварки стыковых швов с разделкой кромок. За один проход можно сварить шов
с катетом до 14 мм. Для обеспечения провара при различной толщине свариваемых элементов сварку осуществляют в несимметричную «лодочку» или не­симметрично наклонным электродом.

Схемы сварки угловых швов
Рис. 7. Схемы сварки угловых швов:
а — вертикальным электродом таврового соединения «в лодочку»; б и в — наклонным электродом таврового и нахлесточного соединений; г — наклонным электродом многопроходного шва таврового соединения; д — вертикальным электродом нахлесточного соединения; е — вертикальным электродом углового соединения с подкладкой; 1—3 — последовательность выполнения проходов; 4 — подкладка.

Способ сварки наклонным электродом «в угол» не требует специальных мер против вытекания жидкого металла, поэтому допустима сборка с зазором до 3 мм. Возможность образования подреза на вертикальной полке не позволяет при однопроходной сварке получать шов с катетом более 6 мм. Для предупре­ждения подреза электрод смещают (рис. 7, б и в). Многопроходные швы вы­полняют так, чтобы ранее наложенный валик препятствовал стеканию метал­ла и шлака при сварке последующих слоев (рис. 7, г).

Сварку нахлесточных соединений вертикальным электродом с оплавле­нием верхней кромки (рис. 7, д) применяют, когда толщина листа не пре­вышает 8 мм. При этом формируются угловые швы с вертикальным катетом, равным толщине верхнего листа. Горизонтальный катет обычно больше вер­тикального в 1,5…2 раза.

Угловые соединения можно сваривать вертикальным электродом с медной подкладкой (рис. 7, е) или с гибкими самоклеящимися флюсонесущими лен­тами.

Сварку нахлесточных и тавровых соединений иногда выполняют точечным или прорезным швом. В этом случае для предупреждения вытекания расплавленного флюса и металла зазор между деталями не должен превышать 1 мм.

Точки можно сваривать с проплавлением верхнего листа толщиной до 10 мм (рис. 8, б) или по предварительно подготовленным отверстиям в верх­нем листе, если его толщина более 10 мм (рис. 8, а). При сварке с отверстием диаметр электрода должен быть равен 0,2…0,25 диаметра отверстия.

Схемы выполнения точечных швов через отверстие в верхнем листе и с проплавлением верхнего листа, прорезных швов и приварки шпилек
Рис. 8. Схемы выполнения точечных швов через отверстие в верхнем листе (а) и с проплавлением верхнего листа (б), прорезных швов (в и г) и приварки шпилек (д): 1 — медная подкладка; 2 — шпилька; 3 — флюсовая шайба.

Прорезные швы также могут выполняться по предварительно подготов­ленным отверстиям удлиненной формы или с проплавлением верхнего листа при его толщине до 10 мм (рис. 8, в и г). Общим недостатком таких швов является трудность контроля их качества и в частности провара нижнего листа.

Приварка шпилек под флюсом.

Для приварки шпилек используют специальные уста­новки и флюсовые шайбы (смесь из 90% флюса и 10% жидкого стекла) высотой 6-10 мм с наружным диаметром 15-20 мм (рис. 8, д). При диаметре шпильки более 8 мм для облегчения возбуждения дуги привариваемый конец затачива­ют на угол 90°. После обрыва дуги и образования достаточной сварочной ванны шпильку быстро подают до упора.

Сварка стыков труб под флюсом.

Сварку стыковых соединений трубопроводов под флю­сом выполняют в нижнем положении с наружной и внутренней стороны стенки трубы. В связи с возможностью стекания шлака минимальный диаметр свари­ваемых труб обычно более 150 мм. Для регулирования глубины проплавления и формы шва электрод смещают навстречу вращению трубы. Сварку корневого шва часто выполняют ручной дуговой или сваркой в защитных газах плавя­щимся электродом.

Ручная дуговая сварка.

Ручная дуговая сварка — дуговая сварка, при которой воз­буждение дуги, подача электрода и его перемещение производятся вручную. В процессе сварки электрод перемещают по направлению к изделию по мере плавления электрода, вдоль соединяемых кромок и поперек соединения (по­перечные колебания) для получения необходимых формы и сечения шва.

Это наиболее универсальный способ, который позволяет без замены сва­рочного инструмента и оборудования (при правильно выбранном сварочном режиме) выполнять швы различных типов в любом пространственном положе­нии в цеховых и монтажных условиях. Покрытыми электродами сваривают черные и цветные металлы и различные сплавы и выполняют наплавку слоев с особыми свойствами. Для возбуждения и стабильного горения дуги использу­ют специальные источники постоянного или переменного тока с крутопадаю­щей внешней вольт-амперной характеристикой.

Сущность процесса ручной дуговой сварки.

Возбуждение (зажигание) дуги происходит при кратковре­менном замыкании электрической сварочной цепи между изделием и концом электрода и быстром отводе электрода на расстояние 2…4 мм, в результате чего в парогазовом промежутке возникает дуговой разряд (рис. 1). Теплота, вы­деляющаяся в дуговом разряде, обеспечивает плавление стержня и покрытия электрода и металла соединяемых деталей.

Схема ручной дуговой сварки покрытым электродом
Рис. 1. Схема ручной дуговой сварки покрытым электродом:
1 — сварочная дуга; 2 — электрод; 3 — электрододержатель; 4 — сварочные провода; 5 — источник питания; 6 — свариваемая деталь; 7 — сварочная ванна; 8 — сварной шов; 9 — шлаковая корка; стрелки показывают направление движения электрода в процессе сварки.

При плавлении стержня капли жидкого электродного металла проходят через дуговой промежуток. Перенос электродного металла происходит в боль­шинстве случаев без коротких замыканий. Размер капель и частота переноса определяются параметрами режима. С ростом сварочного тока диаметр капель уменьшается, а частота переноса увеличивается. С повышением напряжения на дуге диаметр капель увеличивается. При этом снижается частота переноса и растет время пребывания капель на торце электрода, где возможно их взаи­модействие с атмосферой, что обусловливает повышенное выгорание легирую­щих элементов.

Расплавляющееся покрытие образует шлак и газы. Шлак обволакива­ет капли электродного металла, но не полностью предохраняет металл от взаимодействия с атмосферой, поэтому необходима и газовая защита. С этой целью в электродные покрытия вводят газообразующие компоненты. Основной и электродный металлы расплавляются, образуя сварочную ван­ну. Размеры сварочной ванны зависят от режима сварки и обычно не превышают следующих значений: по глубине проплавления — 7 мм, по ширине — 15 мм и по длине — 30 мм. Шлак с каплями электродного металла попадает в свароч­ную ванну и всплывает на ее поверхность. По мере удаления дуги расплавленный металл сварочной ванны охлаждается и затвердевает, образуя сварной шов. Жидкий шлак, покрывающий ванну, также затвердевает и на поверхности шва появляется твердая шлаковая кор­ка, удаляемая после сварки.

GamePark RU

Таким образом, покрытие электрода обеспечивает газошлаковую защиту металла сварного соединения от взаимодействия с воздухом и металлургиче­скую обработку металла в ванне. Основными преимуществами способа являются универсальность и просто­та оборудования. Недостаток — невысокая производительность и применение ручного труда. Невысокая производительность обусловлена малыми допусти­мыми значениями плотности тока, а также тем, что металл шва формируется в основном за счет электродного металла.

Ограничение плотности тока вызвано низкой допустимой температурой на­грева электрода проходящим сварочным током, которая для покрытий с боль­шим содержанием органических веществ не превышает 200°С, а для покрытий основного типа — не более 700°С. При большой силе тока наблюдается перегрев электрода. В результате ухудшаются защитные свойства покрытия, наблюда­ется его осыпание со стержня, нарушается стабильность плавления электрода.

Формирование шва в основном за счет электродного металла объясняется невысокой глубиной проплавления при сварке. Доля участия основного метал­ла в формировании шва обычно не более 35%. В этих условиях определяющим в производительности процесса становится коэффициент наплавки, значение которого зависит от физико-химических свойств покрытия, рода тока и его полярности, состава электрода, режима сварки и изменяется обычно в пределах 8…12 г/А⸳ч.

При расчете количества электродов, расходуемых на сварку данного шва, исходят из коэффициента расплавления электрода, который больше коэффици­ента наплавки на количество электродного металла, теряемого на разбрызгива­ние и испарение и определяемого коэффициентом потерь. Величина коэффици­ента потерь изменяется в пределах от 5 до 15% в зависимости от плотности тока в электроде, состава покрытия и режима сварки. Если учесть, что при сварке покрытыми электродами до 15% длины стержня электрода теряется в виде неиспользуемых отходов (огарков), то общие потери электродного металла на угар, разбрызгивание и огарки могут быть до 30%.

Основные параметры режимов при ручной дуговой сварке.

Под режимом сварки понимают совокупность контролируе­мых параметров, при которой обеспечивается устойчивое горение дуги и по­лучение швов заданных размеров, формы и свойств. Параметры режима под­разделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам относят диаметр электрода, силу сварочного тока, род и полярность его, напряжение дуги. К дополнительным параметрам — наклон и поперечные колебания элек­трода, положение шва в пространстве, число проходов.

Диаметр электродов выбирают в зависимости от толщины металла, катета шва, положения шва в пространстве. Примерное соотношение между толщи­ной металла S и диаметром электрода d при сварке шва в нижнем положении следующее:

S, мм1…23…54…1012…2430…60
d, мм2…33…44…55…66 и более

Выполнение вертикальных, горизонтальных и потолочных швов независи­мо от толщины свариваемого металла производится электродами небольшого диаметра (до 4 мм), так как при этом меньше стекание жидкого металла и шла­ка из сварочной ванны. При сварке многослойных швов для лучшего провара корня шва первый шов сваривают электродом диаметром 3…4 мм, а последую­щие — электродами большего диаметра.

Сила сварочного тока обычно устанавливается в зависимости от выбранно­го диаметра электрода. При сварке швов в нижнем положении величину тока подсчитывают, пользуясь эмпирическими формулами:

Iсв = Kd или Iсв = (20 + 6d)d,

где d — диаметр электрода, мм; K — коэффициент, зависящий от диаметра электрода и имеющий следующие значения:

d, мм23456
К25…3030…4535…5040…4545…60

При сварке на вертикальной плоскости силу тока уменьшают на 10…15%, а в потолочном положении — на 15…20% против значения, выбранного для нижнего положения.

Print Bar

Род тока и полярность устанавливают в зависимости от вида электродного покрытия, состава свариваемого металла и его толщины. При сварке посто­янным током обратной полярности на электроде выделяется больше теплоты. Поэтому обратная полярность применяется при сварке тонких деталей с целью предотвращения прожога, при сварке легированных сталей во избежание их перегрева и при сварке электродами с основным покрытием, когда требует­ся повышенное выделение теплоты на электроде для плавления тугоплавких компонентов покрытия. Переменный ток можно использовать при сварке углеродистых сталей электродами с кислыми, рутиловыми и целлюлозными покрытиями.

Напряжение дуги при ручной дуговой сварке устанавливается в пределах 20…36 В и регламентируется производителем электродов. Число проходов определяют, учитывая, что площадь поперечного сечения металла, наплавляе­мого за один проход, при которой обеспечиваются оптимальные условия фор­мирования, должна составлять: для первого прохода (при сварке корня шва F1 = (6…8) d) ; для последующих проходов Fn = (6…8) d, но не более 40 мм2.

Технология сварки различных типов соединений и швов ручной дуговой сваркой.

Подготовка и сборка сварных соединений перед ручной дуговой сваркой.

Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах, выполняемых ручной ду­говой сваркой, установлены ГОСТ 5264-80. В нем предусмотрено четыре типа соединений в зависимости от толщины свариваемых деталей.

По форме подготовленных кромок соединения бывают с отбортовкой кро­мок, без скоса кромок и со скосом кромок — одной или двух. Выполнять швы можно как с одной стороны соединений (односторонние), так и с двух сторон (двусторонние).

При расположении свариваемых деталей под углом основные типы, конструктивные элементы и размеры швов сварных соединений установлены ГОСТ 11534-75, которым предусмотрены формы подготовки кромок и размеры выполнения швов угловых и тавровых соединений.

От состояния поверхности свариваемых кромок в значительной мере за­висит качество сварных швов. Подготовка кромок под сварку состоит в тща­тельной очистке их от ржавчины, окалины, грязи, масла и других инородных покрытий. Кромки очищают стальными вращающимися щетками, гидропескоструйным и дробеметным способами, шлифовальными кругами, пламенем сварочной горелки, травлением в растворах кислот и щелочей.

Подготовленные детали собирают под сварку. При сборке важно выдер­жать необходимые зазоры и совмещение кромок. Точность сборки проверяют шаблонами, измерительными линейками и различного рода щупами. Сборку выполняют в специальных приспособлениях или на выверенных стеллажах. Временное закрепление деталей производят струбцинами, скобами или прихваткой короткими швами. Количество прихваток и их размер определяются технологической документацией.

Общие технические приемы при ручной дуговой сварке.

Технология ручной дуговой сварки предусматривает выполнение следующих операций: возбуждение дуги, перемещение электрода в процессе сварки, выполнение швов в опреде­ленном порядке в зависимости от особенностей сварных соединений и завар­ка кратера.

Для образования заданных размеров сварного шва и требуемой формы проплавления электроду придается сложное движение в трех направлениях.

Первое движение — это движение электрода в направлении оси со скоро­стью его плавления для поддержания определенной длины дуги, которая зави­сит от марки и диаметра электрода и ориентировочно должна быть в пределах

Lд = (0,5…1,1) d,

где Lд — длина дуги, мм; d — диаметр электрода, мм.

Длинная дуга способствует более интенсивному окислению и азотированию расплавляемого металла, что приводит к пористости металла шва, и увеличи­вает разбрызгивание.

Второе движение электрода направлено вдоль оси шва и производится со скоростью сварки.

В результате этих двух движений образуется узкий шов шириной не бо­лее 1,5 диаметра электрода. Такими швами сваривают тонкий металл, а также корень шва при многослойной (многопроходной) сварке.

Третье движение — это колебание конца электрода поперек оси шва, ко­торое необходимо для образования валика определенной ширины, хорошего провара кромок и замедления остывания сварочной ванны. Колебательные движения электрода поперек оси шва (рис. 2) могут быть различными — в за­висимости от формы, размеров и положения шва в пространстве. При сварке с поперечными колебаниями ширина валика может составлять (2…4)d, а фор­ма проплавления зависит от траектории движения и изменяется в поперечном сечении шва в соответствии с количеством теплоты, вводимой в основной ме­талл, обратно пропорциональным скорости перемещения конца электрода.

Колебательные движения электрода при ручной дуговой сварке
Рис. 2. Колебательные движения электрода при ручной дуговой сварке:
а, б — при обычной сварке; в—ж — с усиленным прогревом кромок; з, и — с усиленным прогревом одной кромки; к — с прогревом корня шва.

Заканчивают сварку заваркой кратера, который образуется в шве при об­рыве дуги и является местом скопления неметаллических включений и зарож­дения трещин. Для этого электрод держат неподвижно до естественного обры­ва дуги или укорачивают дугу вплоть до частых коротких замыканий, после чего ее резко обрывают. При перерывах в процессе сварки, например при смене электрода, следует переплавить застывший металл кратера и только после это­го продолжить процесс.

Техника выполнения стыковых и угловых швов при ручной дуговой сварке.

Стыковые соединения без скоса кромок, со скосом одной или двух кромок сваривают однослойными или многослойными (многопроходны­ми) швами с одной стороны или с двух сторон стыка. Сварку выполняют на весу, на остающейся стальной подкладке или с предварительной подваркой корня шва (рис. 3). Первый слой и подварку корня шва выполняют электродом диа­метром 3…4 мм.

Схемы сборки и сварки стыковых соединений
Рис. 3. Схемы сборки и сварки стыковых соединений:
а — на весу; б — на медной съемной подкладке; в — на остающейся стальной подкладке; г — с предварительным подварочным швом; д — удаление непровара в корне шва для последующей подварки; 1, 2 — медная и стальная подкладки; 3, 4 — основной и подварочный швы.

В ответственных конструкциях при односторонней сварке на весу корень шва удаляют механической обработкой или газовой поверхностной строжкой, а затем накладывают подварочный шов.

Угловые швы применяют при сварке угловых, тавровых и нахлесточных соединений. Сварка угловых швов в ниж­нем положении может производиться вертикальным электродом «в лодочку» или наклонным электродом (рис. 4).

Схемы выполнения угловых швов
Рис. 4. Схемы выполнения угловых швов:
а — «в лодочку»; б-г — наклонным электродом в угол.

Сварка угловых швов «в лодочку» обеспечивает требуемое формирование шва и хороший провар корня и стенок без опасности образования подрезов, а также имеется возможность выполнять за один проход швы большого сече­ния. Однако при катете более 12 мм рекомендуют применять многослойные швы и собирать детали с минимальным зазором для предупреждения вытека­ния металла сварочной ванны.

При сварке угловых швов наклонным электродом, возможно образование подрезов на вертикальной полке, а также неполное проплавление корня шва или кромки горизонтальной детали, поэтому при катете более 8 мм сварку ве­дут многопроходным швом (рис. 5). Для лучшего провара корня шва первый слой выполняют узким швом электродом диаметром 3…4 мм без колебатель­ных движений.

Сварка в угол одно- и многопроходных угловых швов
Рис. 5. Сварка в угол одно- (а) и многопроходных (б, в) угловых швов:
1-4 — последовательность выполнения проходов.

Техника сварки металла различной толщины при ручной дуговой сварке.

При сварке листов толщиной 0,5…3 мм возможно сквозное проплавление металла (прожог), поэтому применяют малые токи, отбортовку кромок, теплоотводящие или остающиеся подкладки.

Сварку с отбортовкой кромок выполняют на постоянном токе, часто на спуск в полувертикальном положении (45…65°).

При использовании временных теплоотводящих подкладок (массивных медных и бронзовых плит или брусков) сборку осуществляют без зазора, обе­спечивая плотное прилегание свариваемых листов к подкладке.

Остающиеся подкладки применяют при сварке встык. Сварку ведут с проплавлением элементов из тонколистового металла и приваркой их к подкладке.

С увеличением толщины металла в сварных соединениях возрастают объ­емные сварочные напряжения, которые создают опасность возникновения и развития в швах трещин, поэтому сварку толстолистовых конструкций ведут различными способами (рис. 6).

Сварка металла большой толщины
Рис. 6. Сварка металла большой толщины:
а — двойным слоем; б — блоками; в — каскадом; I-III — участки; 1—8 — последовательность сварки слоев.

Металл толщиной 15…20 мм сваривают способом двойного слоя. На участ­ке I (рис. 6, а) длиной 250…300 мм, наплавляют первый слой шва, счищают с него шлак и по горячему металлу первого слоя (не ниже 150…200 °С) накла­дывают второй слой.

Металл толщиной 20…25 мм и более сваривают блоками или каскадом. Свар­ку блоками (рис. 6, б) выполняют отдельными участками, а промежутки между ними заполняют до того, как будет завершена сварка всего шва. При сварке ка­скадом (рис. 6, в) каждый последующий участок многослойного шва перекры­вает весь предыдущий участок или его часть. При V-образной подготовке кромок длина участка — 300…400 мм, а при Х-образной подготовке — 500…800 мм.

Металл толщиной 30 мм и более часто сваривают одновременно два сварщи­ка, находящихся с противоположных сторон соединения.

Сварка швов различной протяженности при ручной дуговой сварке.

В зависимости от длины швы раз­деляют на короткие (300…350 мм), средние (350…1000 мм) и длинные (свыше 1000 мм).

Короткие швы сваривают от одного конца шва к другому (напроход); швы средней длины — от середины соединения к концам; длинные швы — обрат­ноступенчатым способом, при котором сварной шов выполняется следующими один за другим участками в направлении, обратном приращению шва (рис. 7). Длина ступени (участка) —100…350 мм, причем ступени более длинные при сварке толстого металла. При выполнении многослойных швов также исполь­зуется обратноступенчатый способ, при этом смежные участки вышележащих слоев сваривают в направлении, обратном сварке нижележащих швов. Концы швов смежных участков должны быть смещены на 25…30 мм.

Способы выполнения швов по длине
Рис. 7. Способы выполнения швов по длине:
а — сварка «на проход»; б — от середины к краям; в—д — сварка длинных швов обратноступенчатым способом; 1—10 — порядок и направление сварки участков шва; А — общее направление сварки; I, II — слои шва.

Особенности сварки в различных пространственных положениях при ручной дуговой сварке.

В зави­симости от положения в пространстве существенно изменяются условия фор­мирования шва, поэтому для получения заданной формы шва необходимо назначать соответствующие режим и технику сварки (табл. 1).

Режимы ручной дуговой сварки стыковых соединений (в нижнем положении) листовой стали.
Таблица 1. Режимы ручной дуговой сварки стыковых соединений (в нижнем положении) листовой стали.

Нижнее положение является наиболее удобным для сварки, так как капли электродного металла легко переходят в сварочную ванну под действием собственного веса, и жидкий металл не вытекает из нее. Кроме того, наблюдение за сваркой в нижнем положении более удобно. В процессе сварки электрод наклоняют по направлению сварки на угол 10-20° (рис. 8, а — б).

В вертикальном положении расплавленный металл сварочной ванны стре­мится стечь вниз, поэтому вертикальные швы выполняют короткой дугой при переносе электродного металла с короткими замыканиями дугового промежут­ка. Вертикальные швы выполняют как снизу вверх, так и сверху вниз (рис. 8, в).

Положение электрода при сварке швов
Рис. 8. Положение электрода при сварке швов:
а, б — в нижнем; в — вертикальном (снизу вверх); г — потолочном; д — горизонтальном положениях.

В первом случае застывший металл шва удерживает сварочную ванну. Для полного предотвращения вытекания жидкого металла ванны осуществляют поперечные движения электродом, которые позволяют управлять тепловым потоком и получать валик увеличенной ширины, равной 2-3 диаметрам элек­трода, что обеспечивает быстрое затвердевание жидкого металла.

Сварку сверху вниз применяют при малой толщине металла или при вы­полнении первого слоя многослойного шва. В этом случае подтекающий под дугу жидкий металл уменьшает возможность образования сквозных прожогов. Для улучшения условий формирования шва амплитуда колебаний электрода должна быть небольшой, а дуга очень короткой.

В горизонтальном положении для предупреждения стекания жидкого ме­талла ванны скос кромок стыковых соединений делают на одной верхней де­тали (рис. 8, д). В нахлесточных соединениях удержанию расплавленного металла способствует горизонтальная кромка нижнего листа. Колебательные движения электродом совершают по спирали.

В потолочном положении (рис. 8, г) сила тяжести препятствует переносу электродного металла и вызывает стекание расплавленного металла, поэтому объем сварочной ванны должен быть небольшим. Это достигают применением электродов малого диаметра (3…4 мм) и небольших сварочных токов. Основ­ным условием получения качественного шва является поддержание короткой дуги путем периодических замыканий электрода с ванной жидкого металла. Одновременно электроду сообщают поперечные колебательные движения.

Повышение производительности ручной сварки.

Существует три основных направления повышения произ­водительности: во-первых, за счет увеличения коэффициента наплавки, во-вторых, за счет большей доли участия основного металла в формировании шва и, в-третьих, при использовании специальных методов сварки покрытыми электродами.

Введение в состав покрытия железного порошка приводит к повышению коэффициента наплавки до 18 г/А-ч. В этом случае в образовании шва прини­мает участие не только металл электродного стержня, но и металл, вводимый в состав покрытия. Например, при увеличении в рутиловом покрытии электро­дов содержания железного порошка с 20% до 50…60% производительность сварки в нижнем положении возрастает примерно в 1,5…2 раза.

Сварка с глубоким проплавлением позволяет увеличивать долю участия основного металла в металле шва, чем и обеспечивается повышение произво­дительности. При этом способе сварку ведут, опираясь покрытием электрода на кромки свариваемого металла. Используют электроды с повышенной тол­щиной покрытия при массе покрытия 60…80% массы стержня и отношении диаметра электрода к диаметру стержня 1,5…1,6. Таким способом удается вы­полнять одностороннюю сварку встык без разделки кромок стальных листов толщиной 8…10 мм и двустороннюю сварку листов толщиной 16…18 мм.

Сварка наклонным электродом (рис. 9, а) позволяет повысить произво­дительность труда в 2,5…3 раза за счет одновременного обслуживания одним сварщиком до 3…4 постов. При этом способе используют приспособление, со­стоящее из штанги, электрически изолированной от свариваемого металла, и обоймы, к которой подводят ток от источника питания сварочной дуги. Для фиксирования штанги на изделии используют струбцины или постоянные маг­ниты. Плавящийся покрытый электрод устанавливают наклонно, опирают на изделие и закрепляют в обойме, которая во время плавления электрода сколь­зит под действием силы тяжести по штанге, при этом дуга перемещается вдоль свариваемых кромок, образуя шов. Этим способом можно выполнять стыковые и угловые швы.

Схемы сварки наклонным и лежачим электродами
Рис. 9. Схемы сварки наклонным (а) и лежачим (б, в) электродами:
1 — шов; 2 — дуга; 3 — электрод; 4 — обойма; 5 — штанга; 6 — контакт; 7 — бумага; 8 — слой меди; 9 — стальная накладка; а — угол наклона электрода.

Для сварки используют специальные электроды, которые при диаметрах 4…8 мм имеют длину 450…1000 мм, а при диаметрах 6…10 мм — длину 700…1200 мм. Сварочный ток подбирают из расчета

Iсв = (40…45)d, А.

Сварка лежачим электродом также позволяет обслуживать одновремен­но несколько постов. При этом способе специальный покрытый плавящийся электрод укладывают вдоль свариваемых кромок (рис. 9, б — в). При диаметрах электродов 4 и 8 мм толщина покрытия составляет соответственно 1,5 и 3 мм, а длина электродов — 700 и 900 мм.

Многослойную сварку выполняют, укладывая три или более электродов в разделку кромок стыка или в угол таврового соединения при положении «в лодочку». Ток к электродам подается от нескольких источников.

Защитные газы для сварки.

Защитные газы широко применяют для защиты электрода и расплавленного металла сварочной ванны и околошовной зоны при сварке плавящимся и неплавящимся электродом.

Защитные газы делятся на две группы: химически инертные и активные. Инертные газы не взаимодействуют с расплавленными металлами и практиче­ски не растворяются в них. Активные газы защищают зону сварки от воздуха, но при этом вступают в химическое взаимодействие с жидким металлом и мо­гут растворяться в нем.

К химически инертным газам, используемым при сварке, относятся аргон и гелий.

GamePark RU

Аргон — бесцветный, нетоксичный и невзрывоопасный газ, без запаха и вкуса. Аргон почти в 1,5 раза тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола, в приямках, где может вызвать кислород­ную недостаточность и удушье. Газообразный и жидкий аргон для использова­ния в качестве защитной среды при сварке, резке и плавке активных и редких металлов и сплавов на их основе, алюминия, алюминиевых и магниевых спла­вов, нержавеющих хромоникелевых жаропрочных сплавов и легированных сталей различных марок, а также при рафинировании металлов в металлур­гии выпускают в соответствии с ГОСТ 10157-79 высшего и первого сорта. Ар­гон высшего сорта содержит объемную долю аргона не менее 99,992%, аргон первого сорта — не менее 99,987%. Газообразный аргон поставляется в сталь­ных баллонах серого цвета с надписью и полосой зеленого цвета вместимостью 40 дм3 (40 литров) под давлением 15 + 0,5 МПа при температуре 20°С. В одном баллоне содержится 6 200 литров газа. При транспортировании и хранении на­полненных баллонов при повышенных температурах давление газа в баллоне не должно превышать рабочее давление при 20°С более, чем на 10%. Жидкий аргон поставляют в специальных транспортных цистернах.

Гелий — бесцветный, нетоксичный и невзрывоопасный газ, без запаха, значительно легче воздуха и аргона. Гелий для сварки поставляется по ТУ51-689-75 трех сортов: марки А с объемной долей гелия 99,995%, марки Б с объемной долей гелия 99,99% и марки В с объемной долей гелия 99,99% в стальных баллонах при давлении 15 МПа или в сжиженном состоянии при давлении до 0,2 МПа. В баллоне вместимостью 40 л, окрашенном в коричневый цвет с белой надписью, содержится 6000 л газа. Стоимость гелия значительно выше стоимо­сти аргона, поэтому его применяют в особых случаях при сварке химически чи­стых и активных металлов и сплавов. При сварке в гелии получается большая глубина проплавления (благодаря высокому значению потенциала ионизации) и особая форма шва.

Print Bar

К химически активным газам относят: двуокись углерода и смеси газов, содержащие двуокись углерода, кислород, инертные газы и др.

Углекислый газ, или двуокись углерода, — бесцветный газ, имеющий сла­бый кисловатый запах и вкус, хорошо растворяется в воде, придавая ей кислый вкус, нетоксичен, невзрывоопасен. Однако при концентрации более 5% (92 г/м3) может вызвать кислородную недостаточность и удушье. Углекислый газ тя­желее воздуха в 1,5 раза и может накапливаться в слабо проветриваемых по­мещениях у пола и в приямках. Поэтому помещения, где проводится сварка с использованием двуокиси углерода, должны быть оборудованы общеобмен­ной приточно-вытяжной вентиляцией. Двуокись углерода может находиться в газообразном, сжиженном и твердом (в виде сухого льда) состояниях. Для сварки используется двуокись углерода высшего сорта, содержащая не менее 99,8% объемной доли СО2, и первого сорта, содержащая не менее 99,5% СО2 по ГОСТ 8050-85. Двуокись углерода поставляется в баллонах вместимостью 40 л, окрашенных в черный цвет с желтой надписью или в специальных емкостях. В стандартный баллон вместимостью 40 л заливают 25 кг жидкой двуокиси углерода под давлением около 0,6 МПа (при давлении около 0,6 МПа диоксид углерода при комнатной температуре превращается в жидкость), при испаре­нии которой получается около 12 600 л углекислого газа.

Значительное влияние при сварке плавящимся электродом на характер переноса электродного металла, производительность расплавления электро­да, разбрызгивание и форму проплавления оказывает состав защитного газа, в котором горит дуга. Поэтому широко применяют при сварке смеси газов различного состава. Улучшает перенос электродного металла и позволяет получать более плавную наружную поверхность шва применение смеси угле­кислого газа с 2-15% кислорода. Двойная смесь, состоящая из 80% аргона и 20% углекислого газа, позволяет реализовать мелкокапельный и струйный перенос электродного металла. Добавки углекислого газа и кислорода в ар­гон в различных количествах при сварке разных сталей и сплавов позволяют осуществлять управляемый перенос электродного металла при импульсно­дуговой сварке. Применение многокомпонентных смесей, состоящих из аргона, углекислого газа, окиси азота, водорода и др. газов позволяет осу­ществлять сварку вращающейся дугой и увеличить производительность рас­плавления и наплавки более чем в 2 раза при благоприятной форме проплав­ления и наружной поверхности шва.

Флюсы для дуговой и электрошлаковой сварки.

Флюс для дуговой сварки — сварочный флюс, защищающий дугу и сварочную ванну от вредного воздействия окружающей среды и осу­ществляющий металлургическую обработку сварочной ванны.

В качестве флюсов используют специально приготовленные неметалличе­ские порошки с размером отдельных зерен 0,25-4 мм в зависимости от марки флюса. Флюсы, расплавляясь, создают газовый и шлаковый купол над зоной сварочной дуги, а после химико-металлургического воздействия в дуговом про­странстве и сварочной ванне образуют на поверхности шва шлаковую корку, в которую выводятся окислы, вредные примеси (сера, фосфор и др.) и газы.

В зависимости от свариваемых материалов и требований, предъявляемых при этом к металлургическим процессам, флюсы могут иметь самые различ­ные композиции. Флюсы принято разделять в зависимости от способа их из­готовления, назначения и химического состава.

По способу изготовления флюсы разделяют на неплавленые и плавленые.

Неплавленые флюсы могут быть керамическими, спеченными и в виде про­стой механической смеси (флюсы-смеси).

GamePark RU

Керамический флюс — флюс для дуговой сварки, полученный перемеши­ванием порошкообразных материалов со связующим веществом, грануляцией и последующей термической обработкой. Технология изготовления керамиче­ских флюсов сходна с технологией изготовления покрытий электродов. Сухие компоненты шихты замешивают на жидком стекле; полученную массу измель­чают продавливанием через специальные устройства, сушат, прокаливают при тех же режимах, что и электродные покрытия, и просеивают для получения частиц определенного размера.

Спеченные флюсы изготовляют спеканием смеси компонентов шихты при повышенных температурах без их сплавления. Полученные комки измельча­ют до частиц требуемого размера.

Флюсы-смеси изготовляют механическим смешением крупинок различных материалов или флюсов. Большим недостатком механических смесей является склонность к разделению при транспортировке и в процессе сварки вследствие разницы в плотности, форме и размере крупинок. Поэтому флюсы-смеси недостаточно надежно обеспечивают стабильное качество сварных швов.

Из группы неплавленых флюсов наибольшее распространение получили керамические флюсы. Легирование металла такими флюсами достигается введени­ем в них необходимых ферросплавов. Флюсы при изготовлении не подвергаются операции расплавления, поэтому количество и сочетание ферросплавов и других легирующих элементов может быть различным, что позволяет легко получать любой требуемый состав металла шва. Основная область их использования — сварка высоколегированных специальных сталей и наплавочные работы.

Плавленый флюс — флюс, полученный сплавлением его составляющих и последующей грануляцией расплава. Флюс представляет собой сплав окислов и солей металлов.

Принципиальное отличие плавленого флюса от керамического состоит в том, что плавленый флюс не может содержать легирующих элементов в чи­стом виде, в процессе выплавки они неизбежно окислятся. Легирование плав­леными флюсами происходит путем восстановления элементов из окислов, на­ходящихся во флюсе.

В основу классификации флюсов по химическому составу положено содер­жание в них окислов и солей металлов. Различают окислительные флюсы, со­держащие в основном окислы MnO и SiO2. Для получения необходимых свойств флюса в него вводят и другие составляющие, например плавиковый шпат, а также весьма прочные окислы CaO, MgO, Al2O3, которые в сварочных услови­ях практически не реагируют с металлом.

Print Bar

Чем больше содержится вo флюсе MnO и SiO2, тем сильнее флюс может леги­ровать металл кремнием и марганцем, но и одновременно тем сильнее он окис­ляет металл. Чем сложнее легирована сталь, тем меньше должно содержаться во флюсе MnO и SiO2, в противном случае недопустимо возрастает окисление легирующих элементов в стали; нежелательным может быть и дополнительное легирование металла кремнием и марганцем. Поэтому окислительные флюсы преимущественно применяют при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Безокислительные флюсы практически не содержат окислов кремния и марганца или содержат их в небольших количествах. В них входят фтори­ды CaF2 и прочные окислы металлов. Их преимущественно используют для сварки высоколегированных сталей.

Бескислородные флюсы целиком состоят из фторидных и хлоридных со­лей металлов, а также других составляющих, не содержащих кислород. Их используют для сварки химически активных металлов (алюминия, тита­на и др.).

В связи с широким применением плавленых флюсов на основные марки флюсов существует ГОСТ 9087-81 (в ред. 1990 г.) «Флюсы сварочные плавле­ные», в котором регламентирован химический состав 21 марки плавленых флюсов, указаны цвет, строение и размеры зерна и даны рекомендации по об­ласти их применения.

Для двух марок флюсов АН-20 и АН-26 сделано разделение не только по размеру зерна, но и в зависимости от строения зерен флюса — стекловидного или пемзовидного характера. Строение зерен флюса зависит от состава рас­плава флюса, степени перегрева в момент выпуска в воду, в связи с чем флюс может получиться плотным, с прозрачными зернами — «стекловидный», либо пористым, рыхлым — «пемзовидным». Пемзовидный флюс при том же составе имеет в 1,5-2 раза меньший удельный вес. Эти флюсы хуже защищают металл от действия воздуха, но обеспечивают лучшее формирование швов при боль­ших силах тока и скоростях сварки.

Флюсы различают также и по размеру зерен. Так, флюсы АН-348-А, ОСЦ- 45, АН-20С, АН-26П имеют размер зерен 0,35-3 мм; флюсы АН-348-АМ, ОСЦ- 45-М, ФЦ-9, АН-20С — 0,25-1,6 мм; флюсы АН-8, АН-22 и АН-26С — 0,35­4 мм и флюс АН-26-СП — 0,25-4 мм. Стекловидные флюсы с размером зерен не более 1,6 мм предназначены для сварки электродной проволокой диаметром не свыше 3 мм.

В обозначении марки флюса буквы означают: M — мелкий, C — стекловид­ный, П — пемзовидный, СП — смешанный. Пример условного обозначения флю­са по стандарту: флюс АН-348-АМ — ГОСТ 9087-81. Для электрошлаковой свар­ки применяют флюсы общего назначения (АН-348-А, АН-22, 48-ОФ-6, АНФ-5) и флюсы, предназначенные именно для данного процесса (АН-8 и АН-25). Содержание в этих флюсах окислов титана обеспечивает высокую электропроводность их в твердом состоянии, что важно в начале процесса, при возбуждении дуги для создания начального объема шлаковой ванны. Лучшим с технологи­ческой точки зрения является флюс АН-8. При механизированной сварке меди и ее сплавов успешно используют обычные марки флюсов (ОСЦ-45, АН-348-А, АН-20, АН-26), т. е. флюсов, широко применяемых для сварки сталей. Для сварки алюминия и его сплавов по слою флюса разработаны две основные марки бескислородных флюсов: AH-Al и AH-A4. Для электрошлаковой сварки алюминия также разработаны специальные флюсы. При сварке титана используют бескислородные флюсы типа AH-Tl, АН-ТЗ и др., в состав которых в основном входят фтористые и хлористые соединения. Фтористые соединения могут реагировать с окислами титана и растворять их. Для обеспечения необходимых техно­логических свойств флюса в них вводят хлористые соединения.