5.1.1. Основы теории механизированной и автоматической сварки под слоем флюса

Процесс механизированной и автоматической сварки под слоем флюса принципиально отличается от сварки открытой дугой.

При автоматической сварке под слоем флюса (рис. 5.1.) дуга 6, горящая между электродной проволокой 10 и изделием находится под слоем флюса 4. Флюс обеспечивает защиту расплавленного металла от воздуха, стабилизирует горение дуги, обеспечивает условия для удаления газов и неметаллических примесей из сварного шва, а также производит легирование наплавленного металла. Флюс 4, расплавляясь, образует на поверхности жидкого металла 5 слой жидкого шлака 8. Дуга 6 горит в атмосфере 7, состоящей из паров металла, газов и продуктов химических реакций флюса. Электродная проволока 10 подается правильно-подающим механизмом II (V_п - скорость подачи проволоки). Сварочный ток J_св от источника питания через мундштук 9 подводится к электродной проволоке 10. Но мере перемещения происходит кристаллизация сварочной ванны и образуется шов 2, который соединяет в одно целое свариваемые детали, а распаленный шлак при остывании образует шлаковую корку 3.

Главным условием устойчивого горения сварочной дуги является равенство скорости плавления сварочной проволоки V_па и скорости ее подачи: в зону дуги V_п. При сварке непрерывно нарушается ра­венство V_пл=V_п в связи с колебаниями напряжения в сети, из­менением длины дуги l_g из-за неровностей металла, пробуксовывания проволоки в падающих роликах и т.п.

Рис.5.1. Схема процесса автоматической сварки под флюсом:

1 – изделие; 2 - шов; 3 – шлаковая корка; 4 – флюс; 5 – сварочная ванна жидкого металла; 6 – дуга; 7 – газовая атмосфера; 8 – оболочка из жидкого шлака; 9 – токоподводящий мундштук; 10 – электродная; 11 – ролики подающего механизма.

Основным узлом сварочных автоматов и полуавтоматов является сварочная головка. По принципу работы (способу восстановления равенства V_па=V_п) различают сварочные головки с постоянной или регулируемой скоростью подачи проволоки.

Большинство сварочных автоматов для дуговой сварки работают по принципу саморегулирования дуги. Саморегулирование дуги – свойство сварочной дуги при сварке плавящимся электродом восстанавливать длину дуги при случайных ее отклонениях благодаря изменению скорости плавления электрода.

Сварочная головка с постоянной скоростью подачи проволоки и саморегулированием длины дуги в зависимости от внешних возмущений (рис.5.2,а) включает следующие элементы: электродвигатель 1, редуктор 2, ведущий 3 и приводной 5 ролики подающего механизма, электродную проволоку 4, мундштук 6, флюсовую воронку 7 и кассету с проволокой 8.

Установившийся режим сварки (рис.5.2,б) определяется точкой А на пересечении внешней характеристики источника питания 1 с вольтамперной характеристикой сварочной дуги 2. Эта точка характеризует примерное равенство, скорости подачи электродной про­волоки V_п и скорости её плавления V_пл. При случайных возмуще­ниях, вызывающих изменение длины сварочной дуги, происходит пе­ремещение её вольтамперной характеристики вверх (кривая ІІІ точ­ка A₁) или вниз (кривая ІV точка А₂). При этом изменяется сила сварочного тока, что приводит к изменению скорости плавления проволоки и, следовательно, восстанавливается первоначальный ре­жим, т.е. равенство скорости подачи электродной проволоки и ско­рости её плавления.

Рис. 5.2. Принципиальная схема автоматической сварочной головки с постоянной скоростью подачи свароч­ной проволоки (а) и принцип саморегулирования дуги при этом (б)

Автоматическая и механизированная сварки под слоем флюса обладают рядом преимуществ по сравнению со сваркой открытой ду­гой. Одним из преимуществ является высокая стабильность горения сварочной дуги, что объясняется высокой интенсивностью ионизации газовой среды в дуговом промежутке и поддержанием автоматом пос­тоянства длины дуги.

Производительность автоматической сварки по сравнению с руч­ной выше в 10 - 15 раз. Как известно, производительность сварки определяется силой сварочного тока и коэффициентом наплавки по формуле (4.4).

Коэффициент наплавки при автоматической сварке из-за большой концентрации тепловой энергии и отсутствия разбрызгивания метал­ла составляет более 14-16 Г/(А·ч) (при сварке открытой дугой 8 - 10 Г/(А·ч )).

Вторая причина повышения производительности автоматической сварки обусловлена возможностью использования больших токов. При автоматической сварке величину удельного тока принимают 60 А/мм (плотность тока более 50 А/мм ). Возможность увеличения удельного тока (плотности тока) определяется малым (до 40 мм) расстоянием от торца сварочной проволоки до токоподводящего кон­такта (рис. 4.4). Поэтому при использовании больших токов свароч­ная проволока не перегревается. Повышение плотности тока стало возможным также благодаря отсутствию потерь металла на разбрызги­вание. Толстый слой флюса предотвращает выдувание жидкого метал­ла из сварочной ванны.

Повышение плотности сварочного тока и эффективности исполь­зования тепловой энергии дуги позволяет увеличить скорость свар­ки.

Следующим резервом повышения производительности труда явля­ется высокий коэффициент использования сварочной установки.

Важным преимуществом автоматической и механизированной сва­рок является высокое качество наплавленного металла.

Благодаря хорошей защите расплавленного металла слоем флюса мело оказывают вредное влияние на металл шва кислород и азот воз­духа. Наплавляемый металл не окисляется и поэтому обладает повы­шенной пластичностью.

Металл сварного шва получается однородным по химическому сос­таву и физико-механическим свойствам. Это объясняется стабильностью режима сварки. При высокой стабильности режима сварки достигается постоянство соотношения количества расплавленного присадочного и основного металлов в сварном шве.

В наплавленном металле отсутствуют поры и раковины, потому что жидкий металл сварочной ванны хорошо защищен от атмосферы, и в нем растворяется минимальное количество газов. В металле шва практически отсутствуют шлаковые включения, так как он мало окис­ляется. Кроме того, ванна жидкого металла под шлаковой защитой кристаллизуется медленно и поэтому создаются благоприятные усло­вия для выделения газов, растворившихся в жидком металле свароч­ной ванны. Избыточное статическое давление на металл сварочной ванны повышает его плотность.

Обеспечивается постоянство размеров направляемого валика и отсутствие непроваров, подрезов и других дефектов. Стабильность геометрической формы, размеров и сплошности наплавляемого валика обеспечивается постоянством принятого режима сварки (длина дуги, скорость подачи проволоки, скорость сварки, сварочный ток) и ста­бильностью горения сварочной дуги.

При механизированной и автоматической сварках достигается значительная экономия сварочной проволоки и электрической энергии за счет уменьшения потерь на разбрызгивание, угар и огарки. Для заполнения единицы объема шва требуется меньше расплавленного ме­талла, т.к. уменьшается поперечное сечение разделки кромок. Зна­чительно улучшаются условия труда сварщика.

5.1.2. Оборудование для механизированной и автома­тической сварок под слоем флюса

Для автоматической сварки под слоем флюса применяют три ти­па установок: подвесные автоматические головки: самоходные авто­матические головки; самоходные сварочные аппараты (тракторы).

Все типы автоматических сварочных установок предназначены для наложения продольных швов в нижнем положении.

Подвесная подвижная головка получает движение вдоль шва от специального сварочного стана. Самоходная головка перемешается над деталью по рельсовому пути, смонтированному на сварочном ста­не.

Сварочный трактор (рис. 5.3) перемещается либо по изделию, либо по специальным направляющим.

Рис. 5.3. Конструктивная схема трактора TC-I7 М

На шасси трактора 1 смонтированы электродвигатель 7, при­водящий в движение механизм подачи проволоки 4, и механизм пере­движения 9, сварочная головка 3 с мундштуком 2 для подвода тока к сварочной проволоке, кассета для сварочной проволоки 6 и бун­кер 5 для флюса.

Автоматическая готовка трактора имеет корректировочный ме­ханизм 4 для смещения сварочной проволоки поперек шва и для ус­тановки мундштука и. других механизмов под углом до 45° относительно продольной оси трактора. Это позволяет, выполнять угловые швы наклонным электродом.

Для отключения ведущих колес трактора от вала электродвига­теля с целью свободного перемещения трактора по столу имеется фрикционная муфта с маховичком 8.

Трактор имеет сдвоенный пульт управления II (сварочной го­ловки) и 12 (сварочным трансформатором).

Для асинхронного электродвигателя 1 (рис.5.4) одним концом соединен с механизмом подачи проволоки 12, а другим концом – с механизмом передвижения 13.

Рис. 5.4. Кинематическая схема механизма подачи и движения

1 - электродвигатель; 2,4,6,7,9 - червячные передачи; 3,8 - сменные шестерни; 5 – подающий ролик; 10 - ходовые колеса; 11 - прижимной ролик; 12 - механизм подачи сварочной проволоки; 13 - механизм передвижения тележки

Для подачи проволоки к детали с постоянной скоростью приме­няются два ролика: подающий и прижимной. Подающий ролик 5 полу­чает вращение от электродвигателя посредством двух пар червячных 2,4 и одной пары цилиндрической 3 передач. Скорость подачи прово­локи регулируют изменением передаточного соотношения цилиндрических шестерен Г (табл.5.1).

Ведущие бегунки трактора 8 (рис.5.3) получают движение с постоянной скоростью от электродвигателя посредством трех пар червячных 6,7,9 и одной пары цилиндрической 8 передач. Скорость перемещения трактора вдоль шва (скорость сварки) изменяют путем подбора цилиндрических шестерен 8 (табл. 5.2).

Скорость подачи сварочной проволоки и скорость перемещение дуги (скорость сварки) рассчитывают согласно геометрическим раз­мерам сварных швов и корректируют исходя из возможностей свароч­ного оборудования.

Таблица 5.1

Скорость подачи, м/ч	72,5	78	85	91	99	107	115	125	135	146	156	170
Число зубьев ведущей шестерни	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29
Число зубьев ведомой шестерни	35	34	33	32	31	30	29	28	27	26	25	24

Скорость подачи, м/ч	20,5	22	23	26	27	29	32	34	36	39
Число зубьев ведущей шестерни	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Число зубьев ведомой шестерни	32	31	30	29	28	27	26	25	24	23

При механизированной сварке автоматизирована только подача проволоки. Перемещение сварочной головки вдоль шва производится вручную. Поэтому качество сварки зависит от квалификации сварщика.

Полуавтоматы для сварки под флюсом из-за громоздкости основ­ного инструмента сварщика, сварочной головки, укомплектованной флюсоворонкой и необходимой аппаратурой для подготовки флюса, не находят широкого применения в практике.