книги / Сущность и техника различных способов сварки плавлением

Рис. 13. Основные траектории движения конца электрода при ручной дуговой сварке уширенных валиков

При окончании сварки (обрыве дуги) следует правильно за­ варить кратер. Кратер является зоной с наибольшим количеством вредных примесей ввиду повышенной скорости кристаллизации металла, поэтому в нем наиболее вероятно образование трещин. По окончании сварки не следует обрывать дугу, резко отводя электрод от изделия. Необходимо прекратить все перемещения электрода и медленно удлинять дугу до обрыва; расплавляющий­ ся при этом электродный металл заполнит кратер. При сварке низкоуглеродистой стали кратер иногда выводят в сторону от шва - на основной металл. При случайных обрывах дуги или при смене электродов дугу возбуждают на еще не расплавленном ос­ новном металле перед кратером и затем проплавляют металл в кратере.

Положение электрода относительно поверхности изделия и пространственное положение сварки оказывают большое влияние на форму шва и проплавление основного металла (рис. 14). При сварке углом назад улучшаются условия оттеснения из-под дуги жидкого металла, толщина прослойки которого уменьшается. При этом улучшаются условия теплопередачи от дуги к основно­ му металлу и растет глубина его проплавления. То же наблюдает­ ся при сварке шва на подъем по наклонной или вертикальной плоскости. При сварке углом вперед или на спуск расплавленный металл сварочной ванны, подтекая под дугу, ухудшает теплопе­ редачу от нее к основному металлу - глубина проплавления уменьшается, а ширина шва возрастает (сечения швов на рис. 14).

При прочих равных условиях количество расплавляемого электродного металла, приходящегося на единицу длины шва, остается постоянным, но распределяется на большую ширину шва и поэтому высота его усиления уменьшается. При наплавке или сварке тонколистового металла (толщина до 3 мм) для

уменьшения глубины провара и предупреждения прожогов реко­ мендуется сварку выполнять на спуск (наклон до 15°) или углом вперед без поперечных колебаний электрода.

Рис. 14. Способы выполнения сварки:

а -угол назад; б -углом вперед; в - н а подъем; г - н а спуск

Для сборки изделия под сварку (обеспечения заданного за­ зора в стыке, положения изделий и др.) можно применять специ­ альные приспособления или короткие швы - прихватки. Длина прихваток обычно составляет 20-120 мм (больше при более тол­ стом металле) и расстояние между ними 200-1200 мм (меньше при большей толщине металла для увеличения жесткости). Сече­ ние прихваток не должно превышать V3 сечения швов. При свар­ ке прихватки необходимо полностью переплавлять.

Техника сварки в нижнем положении. Это пространст­ венное положение позволяет получать сварные швы наиболее высокого качества, так как облегчает условия выделения неме­ таллических включений, газов из расплавленного металла сва­ рочной ванны. При этом также наиболее благоприятны условия формирования металла шва, так как расплавленный металл сва­ рочной ванны от вытекания удерживается нерасплавившейся ча­ стью кромок.

Стыковые швы сваривают без скоса кромок или с V-, X- и U-образным скосом. Положение электрода относительно поверх­ ности изделия и готового шва показано на рис. 15. Стыковые швы без скоса кромок в зависимости от толщины сваривают с одной или двух сторон. При этом концом электрода совершают попе­ речные колебания (рис. 13) с амплитудой, определяемой требуе­ мой шириной шва. Следует тщательно следить за равномерным расплавлением обеих свариваемых кромок по всей их толщине и особенно стыка между ними в нижней части (корня шва).

Рис. 15. Положение электрода при сварке в нижнем положении а —поперек оси шва; б - сбоку

Однопроходную сварку с V-образным скосом кромок обыч­ но выполняют с поперечными колебаниями электрода на всю ширину разделки для ее заполнения так, чтобы дуга выходила со скоса кромок на необработанную поверхность металла. Однако в этом случае очень трудно обеспечить равномерный провар корня шва по всей его длине, особенно при изменении величины при­ тупления кромок и зазора между ними.

При сварке шва с V-образным скосом кромок за несколько проходов обеспечить хороший провар первого слоя в корне раз­ делки гораздо легче. Для этого обычно применяют электроды диаметром 3-4 мм и сварку ведут без поперечных колебаний. По­ следующие слои выполняют в зависимости от толщины металла электродом большего диаметра с поперечными колебаниями. Для обеспечения хорошего провара между слоями предыдущие швы и кромки следуеттщательно очищать от шлака и брызг металла.

Заполнять разделку кромок можно швами шириной на всю разделку или отдельными валиками (рис. 16). В многопроходных швах последний валик (11 на рис. 16, в) для улучшения внешнего вида иногда можно выполнять на всю ширину разделки (декора­ тивный слой).

Рис. 16. Поперечные сечения стыковых швов:

а —однопроходных; б —многослойных; в —многопроходных; I —VI—слои; 1—11 —проходы

Сварку швов с X- или U-образным скосом кромок выпол­ няют в общем так же, как и с V-образным скосом. Однако для уменьшения остаточных деформаций и напряжений, если это возможно, сварку ведут, накладывая каждый валик или слой по­ переменно с каждой стороны. Швы с X- или U-образным скосом кромок по сравнению с V-образным имеют преимущества, так как в первом случае в 1,6-1,7 раза уменьшается объем наплав­ ленного металла (повышается производительность сварки). Кро­ ме того, уменьшаются угловые деформации, а возможный непро­ вар корня шва образуется в нейтральном по отношению к изги­ бающему моменту сечении. Недостаток U-образного скоса кро­ мок - повышенная трудоемкость его получения.

Сварку стыковых швов можно выполнять различными спо­ собами (рис. 17). При сварке на весу наиболее трудно обеспечить провар корня шва и формирование хорошего обратного валика по всей длине стыка. Требуется большой опыт сварщика для обеспе­ чения провара корня шва и предупреждения прожогов. Для этого применяют электроды малого диаметра, что снижает производи­ тельность сварки. В тех случаях, когда имеется доступ к стыку с обеих сторон возможно применение подкладок: остающейся стальной и съемной медной, керамической, стекловолоконной. Для предупреждения вытекания расплавленного металла из сва­ рочной ванны необходимо плотное поджатие их к свариваемым кромкам. Крепление съемных подкладок под стыком осуществ­ ляется различными способами: с помощью магнитов, клиньев, самоклеющейся алюминиевой ленты и др.

о

Рис. 17. Схемы сварки:

а - н а весу; б - н а остающейся стальной подкладке;

в- с предварительным подварочным швом; г -удаление непровара

вкорне шва для последующей подварки;

О- основной шов; П - подваренный шов

Рис. 18. Положение электрода и изделия при сварке:

а—в лодочку; б —наклонным электродом; в - в нахлестку;

г- углового соединения

Применение подкладок позволяет использовать для сварки корневого шва электродов повышенного диаметра и значит, уве­ личенного сварочного тока. Однако остающиеся подкладки уве­ личивают расход металла и не всегда технологичны. При исполь­ зовании медных подкладок возникают трудности точной уста­ новки кромок вдоль формирующей канавки.

При сварке наклонным электродом многопроходных швов первым выполняют шов на горизонтальной плоскости (рис. 19,6). Формирование последующего валика происходит с частичным удержанием расплавленного металла сварочной ван­ ны нижележащим валиком. При сварке угловых швов применяют поперечные колебания электрода. Особенно важен правильный выбор их траектории при сварке наклонным электродом с целью предупреждения возникновения указанных выше дефектов.

Техника сварки на горизонтальной и потолочной плос­ костях. Сварка швов в положениях, отличающихся от нижнего, требует повышенной квалификации сварщика в связи с возмож­ ным под действием сил тяжести вытеканием расплавленного ме­ талла из сварочной ванны или падением капель электродного ме­ талла мимо сварочной ванны. Для предотвращения этого сварку следует вести по возможности наиболее короткой дугой, в боль­ шинстве случаев с поперечными колебаниями.

Расплавленный металл в сварочной ванне от вытекания удерживается в основном силой поверхностного натяжения. По­ этому необходимо уменьшать размер сварочной ванны, для чего конец электрода периодически отводят в сторону от ванны, давая возможность ей частично закристаллизоваться. Ширину валиков также уменьшают до двух-трех диаметров электродов. Применя­ ют пониженную на 10-20% силу тока и электроды уменьшенного диаметра (для вертикальных и горизонтальных швов не более 5 мм, для потолочных не более 4 мм).

Рис. 20. Положение электрода при сварке швов:

а - вертикальных; б - потолочных; в - горизонтальных

Сварку вертикальных швов можно выполнять на подъем (снизу вверх, рис. 20, а) или на спуск. При сварке на подъем ни­ жележащий закристаллизовавшийся металл шва помогает удер­ жать расплавленный металл сварочной ванны. При этом способе

облегчается возможность провара корня шва и кромок, так как расплавленный металл стекает с них в сварочную ванну, улучшая условия теплопередачи от дуги к основному металлу. Однако внешний вид шва - грубочешуйчатый. При сварке на спуск полу­ чить качественный провар трудно: шлак и расплавленный металл подтекают под дугу и от дальнейшего стекания удерживаются только силами давления дуги и поверхностного натяжения. В не­ которых случаях их оказывается недостаточно и расплавленный металл вытекает из сварочной ванны.

Сварка горизонтальных стыковых швов (рис. 20, в) более за­ труднена, чем вертикальных из-за стекания расплавленного ме­ талла из сварочной ванны на нижнюю кромку. В результате воз­ можно образование подреза по верхней кромке. При сварке ме­ талла повышенной толщины обычно делают скос только одной верхней кромки, нижняя помогает удерживать расплавленный металл в сварочной ванне. Сварка горизонтальных угловых швов в нахлесточных соединениях не вызывает трудностей и по техни­ ке не отличается от сварки в нижнем положении.

Сварка швов в потолочном положении (рис. 20, б) наиболее сложна и ее по возможности следует избегать. Сварку выполняют периодическими короткими замыканиями конца электрода на сварочную ванну, во время которых металл сварочной ванны час­ тично кристаллизуется, что уменьшает объем сварочной ванны. В то же время расплавленный электродный металл вносится в сва­ рочную ванну. При удлинении дуги образуются подрезы. При сварке этих швов ухудшены условия выделения из расплавленно­ го металла сварочной ванны шлаков и газов. Поэтому свойства металла шва несколько ниже, чем при сварке в других простран­ ственных положениях.

Техника сварки пробочных и прорезных соединений прак­ тически не отличается от рассмотренной выше техники сварки стыковых или угловых швов.

В зависимости от протяженности шва, толщины и марки ме­ талла, жесткости конструкции и т.д. применяют различные прие­ мы последовательности сварки швов и заполнения разделки (рис. 21). Они позволяют уменьшить деформации и остаточные сварочные напряжения. Сварку напроход обычно применяют при сварке коротких швов (до 500 мм). Швы длиной до 1000 мм луч­

ше сваривать от середины к концам или обратноступенчатым ме­ тодом. При последнем способе весь шов разбивают на участки по 150-200 мм, которые должны быть кратны длине участка, на­ плавляемого одним электродом. Сварку швов в ответственных конструкциях большой толщины выполняют блоками, каскадом или горкой, что позволяет влиять на структуру металла шва и сварного соединения и его механические свойства.

Рис. 21. Сварка швов:

а - напроход; б - от середины к концам; в —обратноступенчато; г —блоками; д - каскадом; е - горкой; А - направление заполнения разделки. Стрелками указаны последовательность и направление сварки в каждом слое (1-5)

Способы повышения производительности. Применение электродов диаметром более 8 мм обычно не позволяет повысить производительность процесса, так как увеличивающийся при этом вес электрода и держателя (в связи с повышением силы сва­ рочного тока) приводит к быстрому утомлению сварщика. То же наблюдается при ручной дуговой сварке трехфазной дугой. Эти способы могут находить ограниченное применение при ванной сварке стержней арматуры железобетонных конструкций. Однако

издесь предпочтительнее применение одного электрода.

Взарубежной практике находят широкое применение высо­

копроизводительные электроды с железным порошком в покры­ тии. В основном они применяются для сварки угловых швов в нижнем положении на металле различной толщины. Сварные швы имеют плавные переходы к основному металлу, разбрызги­ вание незначительно. Производительность при сварке некоторы­

ми марками электродов соизмерима с производительностью ме­ ханизированной сварки (до 13 кг/час).

При ванной сварке расплавление основного металла осуще­ ствляется дугой и частично за счет теплоты, передаваемой изде­ лию перегретым жидким металлом сварочной ванны (рис. 22). Поэтому сварку проводят при повышенной силе тока. Стык стержней собирают с зазором в формах: стальной остающейся (из металлической полосы) или медной съемной многократного ис­ пользования или графитовой одноразового использования.

Рис. 22. Сборка под ванную сварку горизонтальных стержней арматуры:

1 —стержни; 2 —форма; 3 - прихватки

Сварку начинают в нижней части формы, расплавляя дугой нижние кромки стыка. До окончания сварки металл в верхней части сварочной ванны стараются поддерживать в расплавленном состоянии на возможно большую глубину и обязательно на всю ширину разделки и формы. Шов наплавляют несколько выше по­ верхности стержней. Процесс проводят вручную, хотя и были попытки создания установок для механизированной сварки, в ко­ торых расплавление электрода происходило автоматически, а их смена выполнялась вручную. Однако установки оказались слож­ ными в эксплуатации и малопроизводительными.

Повышение производительности процесса достигается так­ же применением электродов, содержащих в покрытии железный порошок. С применением этих электродов сварка возможна толь­ ко в нижнем положении, так как при сварке в других пространст­ венных положениях увеличенный размер сварочной ванны при­ водит к вытеканию из нее расплавленного металла. Техника сварки швов в нижнем положении также усложняется по этой причине, но принципиально не отличается от сварки обычными электродами.