книги / Сущность и техника различных способов сварки плавлением

Рис. 29. Влияние на размеры поперечного сечения шва:

а - величины сварочного тока; б —напряжения дуги; в —скорости сварки; г - вылета электрода. Н —глубина проплавления; е - ширина;

g - высота усиления шва

Таблица 1

Значения сварочного тока, при которых достигается одинаковая глубина проплавления электродной проволокой различного диаметра

Поэтому швы, в которых требуется небольшое количество элек­ тродного металла и большая глубина проплавления (стыковые и угловые без разделки кромок), целесообразно выполнять при по­ стоянном токе обратной полярности. При увеличении напряже­ ния дуги (длины дуги) увеличивается ее подвижность и возраста­ ет доля теплоты дуги, расходуемая на расплавление флюса (ко­ личество расплавленного флюса). При этом растет ширина шва (рис. 29, б), а глубина его проплавления изменяется незначитель­ но. Этот параметр режима широко используют в практике для ре­ гулирования ширины шва.

di d2

Рис. 30. Влияние диаметра электрода и напряжения дуги на формулу шва

Увеличение скорости сварки уменьшает погонную энергию и изменяет толщину прослойки расплавленного металла под ду­ гой. В результате этого основные размеры шва уменьшаются (рис. 29, в). Однако в некоторых случаях (сварка тонкими прово­ локами на повышенной плотности сварочного тока) увеличение скорости сварки до некоторой величины, уменьшая прослойку расплавленного металла под дугой и теплопередачу от нее к ос­ новному металлу, может привести к росту глубины проплавле­ ния. При дальнейшем увеличении скорости сварки закономерно­ сти изменения размеров шва такие же, как на рис. 29, в. При чрез­ мерно больших скоростях сварки и силе сварочного ток&в швах могут образовываться подрезы.

С увеличением вылета электрода (рис. 29, г) возрастает ин­ тенсивность его подогрева, а значит, и скорость его плавления. В результате толщина прослойки расплавленного металла под ду­ гой увеличивается и, как следствие этого, уменьшается глубина проплавления. Этот эффект иногда используют при сварке элек­

тродными проволоками диаметром 1-3 мм для увеличения коли­ чества расплавляемого электродного металла при сварке швов, образуемых в основном за счет добавочного металла (способ сварки с увеличенным вылетом электрода).

В некоторых случаях, особенно при автоматической на­ плавке, электроду сообщают колебания поперек направления шва (рис. 31, а) с различной амплитудой и частотой, что позволяет в широких пределах изменять форму и размеры шва. При сварке с поперечными колебаниями электрода глубина проплавления и высота усиления уменьшаются, а ширина шва увеличивается и обычно несколько больше амплитуды колебаний. Этот способ удобен для предупреждения прожогов при сварке стыковых со­ единений с повышенным зазором в стыке или уменьшенным при­ туплением кромок. Подобный же эффект наблюдается при сварке сдвоенным электродом (рис. 31, б и 27, а \ когда электроды рас­ положены поперек направления сварки. При их последователь­ ном расположении глубина проплавления, наоборот, возрастает.

а; 6)

Рис. 31. Схемы варки:

а- электродом с поперечными колебаниями;

б—сдвоенным электродом

Состав И строение частиц флюса оказывают заметное влия­ ние на форл^У и размеры шва. При уменьшении насыпной массы флюса (пемзовидные флюсы) повышается газопроницаемость слоя флюса над сварочной ванной и, как результат этого, умень­ шается давление в газовом пузыре дуги. Это приводит к увеличе­ нию толщиНЬ1 прослойки расплавленного металла под дугой, а значит, и к уменьшению глубины проплавления. Флюсы с низки­ ми стабилизирующими свойствами, как правило, способствуют более глубокому проплавлению.

Пространственное положение электрода и изделия (рис. 14) при сварке йОд флюсом оказывает такое же влияние на форму и размеры шв& как и при ручной сварке. Для предупреждения сте-

кания расплавленного флюса, ввиду его высокой жидкотекучести, сварка этим способом возможна только в нижнем положении при наклоне изделия на угол не более 10-15°. Изменение формы и размеров шва наклоном изделия находит практическое приме­ нение только при сварке кольцевых стыков труб ввиду сложности установки листовых конструкций в наклонное положение. Сварка с наклоном электрода находит применение для повышения ско­ рости многодуговой сварки. Подогрев основного металла до тем­ пературы 100 °С и выше приводит к увеличению глубины прова­ ра и ширины шва.

Техника автоматической сварки. Перед началом автома­ тической сварки следует проверить чистоту кромок и правиль­ ность их сборки и направления электрода по оси шва. Металл по­ вышенной толщины сваривают многослойными швами с необхо­ димым смещением электрода с оси шва. Перед наложением по­ следующего шва поверхность предыдущего тщательно зачищают от шлака и осматривают с целью выявления наличия в нем на­ ружных дефектов.

В начале сварки, когда основной металл еще не прогрелся, глубина его проплавления уменьшена, в связи с чем эту часть шва обычно выводят на входную планку. По окончании сварки в месте кратера образуется ослабленный шов, поэтому процесс сварки заканчивают на выводной планке. Входную и выводную планки шириной до 150 мм и длиной (в зависимости от режима и толщины металла) до 250 мм закрепляют на прихватках до нача­ ла сварки. После сварки планки удаляют.

При автоматической сварке стыковых соединений на весу (рис. 17, а) практически сложно получить шов с проваром по всей длине стыка из-за вытекания в зазор между кромками расплавлен­ ного металла и флюса и, как результат, - образования прожогов. Для предупреждения этого применяют различные приемы, спо­ собствующие формированию корня шва. Сварку односторонних швов можно выполнять по предварительной ручной или механи­ зированной подварке (см. рис. 17, в \ если невозможна автомати­ ческая. При возможности доступа к стыку с обеих сторон сварку можно выполнять на остающихся стальных подкладках, съемных медных, керамических или стекловолоконных (техника ручной дуговой сварки). Установка подкладок достаточно трудоемка.

Односторонняя сварка на остающейся стальной подкладке (рис. 17, б) возможна в тех случаях, когда допустимо ее примене­ ние с эксплуатационной точки зрения.

Рис. 32. Сварка на флюсовой подушке:

а - плоских конструкций; б —внутренних кольцевых швов (стрелками указаны направления перемещений);

1 —изделие; 2 - флюс; 3 - воздушный гиланг; 4 - лоток; 5 - профилированная гибкая лента; 6 - электрод

Толщина подкладки при однослойных швах составляет 3040% толщины основного металла или равна толщине первого слоя в многослойных швах. При использовании для сварки одно­ сторонних швов съемных медных подкладок качество шва зави­ сит от надежности поджатая к ним кромок. При зазорах свыше 0,5 мм расплавленный металл может вытекать в него, что приво­ дит к образованию дефектов в шве. Недостаток этого способа - трудность точной укладки кромок длинного стыка вдоль форми­ рующей канавки неподвижной медной подкладки.

Для улучшения формирования корня шва в увеличенную по глубине формирующую канавку в медной подкладке можно за­ сыпать флюс - так выполняют сварку на флюсомедной подклад­ ке. Односторонняя сварка на флюсовой подушке (рис. 32) при плотном поджатии флюса обеспечивает полный провар кромок, хорошее формирование корня шва при меньшей точности сборки кромок толщиной 2 мм и выше. Флюс под стыком поджимается воздухом, подаваемым в шланг (3), а при сварке кольцевых швов - специальной гибкой лентой (5). Свариваемые листы от перекоса при поджатии флюса должны удерживаться специальными гру­ зами или силами магнитного поля на специальных магнитных стендах.

Формирование корня шва на флюсовой подушке позволяет выполнять автоматическую сварку однопроходных швов без раз­ делки или с V-образной разделкой кромок на металле толщиной до 15 мм, корневого шва в многопроходных швах с V- или X- образной разделкой кромок, а также сварку по заданному повы­ шенному зазору без разделки кромок металла толщиной до 50 мм. Применение этого способа в последние годы сокращается из-за трудности плотного поджатия флюса под стык по всей его длине. В местах его неплотного поджатия образуются прожоги.

В односторонних швах не всегда обеспечивается хорошее формирование корня шва. Поэтому в ответственных конструкци­ ях применяют сварку с двух сторон. При этом первые валики в корне швов должны перекрывать друг друга на толщину 2-5 мм. При повышенных зазорах для предупреждения протекания рас­ плавленного металла в зазор между кромками также используют­ ся флюсовые подушки и съемные подкладки. Однако лучшие ре­ зультаты достигаются при предварительной ручной или механи­ зированной подварке корня шва и последующей сварке с обрат­ ной стороны швов. После кантовки изделия при первом основном проходе подварочный шов следует полностью переваривать. Подварочный шов часто служит сборочным вместо прихваток.

В зависимости от площади поперечного сечения шва и по­ ложения сварки угловые соединения можно выполнять без скоса или со скосом одной из кромок одно- и многослойными швами. Полный провар стыка без скоса кромок можно получить при толщине стенки в тавровом соединении не более 14 мм. Сварку угловых швов выполняют в положении «в лодочку» или наклон­ ным электродом (рис. 33).

При положении «в лодочку» (рис. 33, а) в один проход мож­ но сваривать швы с катетом до 14 мм, наклонным электродом - до 6 мм. Соединение под сварку следует собирать с минималь­ ным зазором для предупреждения вытекания из него расплавлен­ ного металла. При зазоре свыше 1,5 мм с обратной стороны пер­ вого шва необходима ручная или механизированная подварка. Подварочный шов должен быть полностью переварен при нало­ жении основных швов. В практике применяют также заделку за­ зора с обратной стороны асбестовым шнуром, который впослед­

Техника сварки электрозаклепок, стыков труб и при­ варки шпилек. Сварка электрозаклепок производится с помо­ щью специальных аппаратов - "электрозаклепочников". Электро­ заклепками обычно выполняют сварку нахлесточных соединений. При толщине верхнего листа 3-4 мм сварку ведут с его проплав­ лением (рис. 34, б). При большой толщине верхнего листа (до 10 мм) в нем предварительно пробивают отверстие (рис. 34, а \ диа­ метр которого на 4-5 мм больше диаметра электродной проволо­ ки. Диаметр электрозаклепки равен двум-четырем толщинам верхнего листа. Зазор между деталями не должен превышать 1 мм. При небольшой толщине нижнего листа сварку для преду­ преждения прожога выполняют на медной подкладке (рис. 34, б).

При использовании электрозаклепочников в процессе горе­ ния электрод диаметром 4-6 мм обычно не подается в дугу. Пе­ ред началом, сварки электрод рабочим концом (иногда через стальную стружку для облегчения возбуждения дуги) закорачи­ вается на изделие и засыпается флюсом. Вместо флюса можно использовать специальные флюсовые шайбы (смесь из 90% мел­ комолотого флюса и 10% жидкого стекла). После включения сва­ рочного тока и возбуждения дуги она горит до естественного об­ рыва. После зачистки конца электрода от колпачка застывшего шлака можно сваривать следующую электрозаклепку.

Рис. 35. Приварка шпилек:

1 - шпилька; 2 - флюсовая шайба

Для приварки шпилек используют специальные установки и флюсовые шайбы (рис. 35) высотой 6-10 мм и наружным диамет­ ром 15-20 мм. При диаметре шпильки более 8 мм для облегчения возбуждения дуги привариваемый конец затачивают на конус с углом 90°. При приварке шпилек в вертикальном и потолочном положениях силу сварочного тока выбирают на 25-30% меньше,

чем при сварке в нижнем положении. Процесс несколько напо­ минает сварку электрозаклепок. После обрыва дуги и образова­ ния достаточной сварочной ванны шпильку быстро до упора по­ дают оплавленным концом.

Сварку стыков труб под флюсом выполняют только автома­ тически при нижнем положении шва. Из-за сложности удержания от вытекания из сварочной ванны расплавленных шлака и метал­ ла трубы диаметром менее 150 мм этим способом обычно не сва­ ривают. С этой же целью электрод смещают с зенита стыка в за­ висимости от диаметра труб навстречу их вращению (табл. 2). Для удержания флюса от ссыпания применяют специальные флюсоудерживающие приспособления. Так как на весу под флю­ сом проварить корень шва практически невозможно, первый слой обычно сваривают вручную покрытыми электродами или меха­ низированно в углекислом газе.

5. ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Сварка в защитных газах нашла широкое применение в промышленности. Этим способом можно соединять вручную, по­ луавтоматически или автоматически в различных пространствен­ ных положениях разнообразные металлы и сплавы толщиной от десятых долей до десятков миллиметров.

Сущность способа. При сварке в зону дуги (1) через сопло

(2) непрерывно подается защитный газ (3) (рис. 36). Теплотой ду­ ги расплавляется основной металл (4) и, если сварку выполняют плавящимся электродом, расплавляется и электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образу­ ет шов. При сварке неплавящимся электродом последний не рас­ плавляется, его расход вызван испарением металла или частич­ ным оплавлением при повышенном сварочном токе.

Рис. 36. Дуговая сварка в защитных газах

Образование шва происходит за счет расплавления кромок основного металла или дополнительно вводимого присадочного металла. В качестве защитных газов применяют инертные (аргон и гелий) и активные (углекислый газ, водород, кислород и азот) газы, а также их смеси (Аг + Не, Аг + С 02, Аг + 0 2, С 02 + 0 2 и др.). По отношению к электроду защитный газ можно подавать центрально или сбоку (рис. 37). Сбоку газ подают при больших скоростях сварки плавящимся электродом, когда при централь­ ной защите надежность защиты нарушается из-за обдувания газа неподвижным воздухом. Сквозняки или ветер при сварке, сдувая струю защитного газа, могут резко ухудшить качество сварного шва. В некоторых случаях, особенно при сварке вольфрамовым электродом, для получения необходимых технологических