Тема 3.2.5 Дуговая сварка под флюсом, её сущность и область применения

Вопросы:

1. Дуговая сварка под флюсом.

2. Сущность и область при­менения автоматической и механизированной сварки под флюсом.

3. Применяемые материалы для дуговой сварки под флюсом.

1. Дуговая сварка под флюсом вы­полняется голой электродной проволокой, которая по­дается в зону горения дуги специальным механизмом.

Сварочная дуга возбуждается между электродной про­волокой под слоем сыпучего флюса и свариваемым ме­таллом. За счет высокой температуры дуги флюс пла­вится и закрывает расплавленный металл шва и элек­трода коркой расплавленного шлака, замедляющего процесс охлаждения металла шва и зон, прилегающих к нему, а также предохраняет металл от соприкоснове­ния с воздухом, что способствует улучшению каче­ства шва.

Малый вылет электрода, отсутствие на нем покры­тия, большая скорость подачи электродной проволоки позволяют значительно увеличить сварочный ток по сравнению с ручной сваркой электродами тех же диа­метров, что приводит к ускорению процесса плавления сварочной проволоки, увеличению глубины проплавления основного металла и, как следствие, к значитель­ному повышению производительности.

При сварке под флюсом эффективно используется тепло дуги и экономично расходуется электроэнергия, выполняется сварка как на перемен­ном, так и на постоянном токе.

При сварке под слоем флюса обычно применяют силу тока до 1000…1200 А, что при открытой дуге невозможно. При увеличении силы сварочного тока происходит силь­ное разбрызгивание металла и нарушение правильного формирования шва. Таким образом, при сварке подслоем флюса можно повысить сварочный ток в 4…8 раз по сравнению со сваркой открытой дугой, сохранять при этом высокое качество сварки, хорошее формирование шва при высокой производительности.

При сварке под слоем флюса металл шва образуется за счет расплавления основного металла (около ²/₃) и лишь примерно ¹/₃ за счет электродного металла. Сварку изделий толщиной до 15…20 мм можно производить без разделки кромок. Потерн металла па угар и разбрызги­вание при этом относительно небольшие – не более 2% от массы расплавленного электродного металла. Дуга под слоем флюса более устойчива, чем при открытой дуге.

2. На рис. 72, а схематически показан процесс автоматической сварки под слоем флюса. Сварка производится голой электродной проволокой 4, которая с катушки 3 подается в зону горения 1 дуги сварочной головкой авто­мата 5, перемещаемой вдоль шва. Впереди головки из бункера 2 по трубе в разделку шва поступает зернистый флюс, который, расплавляясь в процессе сварки, равно­мерно покрывает шов, образуя твердую корку шлака 7. Остальная часть флюса отсасывается в бункер по труб­ке 6.

Рис. 72. Схема автоматической сварки под слоем флюса (а) и про­дольного разреза зоны сварки (б)

На рис. 72, б схематически дан продольный разрез зоны сварки под флюсом. При горении дуги основной металл 7 и электродная проволока 1 расплавляются под флюсом 2, который под действием высокой температуры дуги также расплавляется; в результате горения дуги происходит в газовом пузыре 6, окруженном пленкой жидкого шлака 8, защищающей столб дуги и всю зону сварки от воздействия воздуха (см. рис 72, б жидкий металл 5 и наплавленный металл 4). Дуга плавит металл и вытесняет его; газовый пузырь наполняется металлом электрода и расплавленным ос­новным металлом. Металл сварочной ванны хорошо пе­ремешивается, и сварной шов обладает достаточно хоро­шими механическими свойствами.

Полуавтоматическая сварка осуществляется но такой же схеме, только при этом применяется более тонкая электродная проволока, а полуавтомат подается свар­щиком вручную, вдоль выполняемого шва. Автоматичес­кая установка для дуговой сварки имеет следующие ос­новные части: сварочную автоматическую головку, обес­печивающую возбуждение и поддержание дуги, а также подачу проволоки в дугу; механизм для перемещения дуги вдоль шва или самой детали относительно неподвижной головки; источник электрического тока для пи­тания дуги; флюсовую аппаратуру; распределительное устройство для управления автоматом.

Главнейшей частью автоматической установки явля­ется сварочная головка. Сварочная головка с плавя­щимся электродом применяется с автоматическим регу­лированием дуги, главным образом по напряжению, и с использованием принципа саморегулирования – с по­стоянной скоростью подачи электродной проволоки.

В сварочных головках с автоматическим регулиро­ванием дуги поддерживается напряжение дуги, т. е. дли­на дуги. В случае повышения напряжения скорость пода­чи проволоки повышается до тех пор, пока не восстано­вится заданное напряжение на дуге, а в случае пониже­ния напряжения скорость подачи проволоки уменьшается.

В сварочных головках с постоянной скоростью подачи электродной проволоки постоянно поддерживается вели­чина сварочного тока. Количество проволоки, расплав­ленной в единицу времени, остается неизменным для за­данного режима.

Автоматы со сварочной головкой с регулируемой ду­гой применяют для сварки открытой дугой и для сварки под флюсом. Автоматы со сварочной головкой с постоян­ной скоростью подачи электродной проволоки пригодны только для сварки под флюсом. Автоматы, в которых сварочная головка находится на тележке, передвигаемой вдоль изделия, называются сварочными тракторами. Для удобства сварки сварочная головка автомата может пе­ремещаться вверх, поворачиваться вокруг колонки, а также вместе с коромыслом в плоскости, перпендику­лярной шву.

При автоматической сварке для получения прочного сварного соединения необходимо обеспечить сохранение установленного положения плавящегося электрода по отношению к свариваемым кромкам изделия. С этой целью применяют специальные направляющие или ко­пирующие устройства. Автоматические направляющие устройства могут быть прямого действия или со вспомо­гательным двигателем (серводвигателем). Автоматиче­ские направляющие прямого действия обычно имеют си­стему роликов, свободно катящихся перед электродом по разделке свариваемого соединения и соответственно направляющих движение электрода.

При использовании сварочных тракторов применяют для направления электрода самокопирование, т. е. свар­ка стыковых швов происходит при свободном движении двух роликов трактора вдоль кромок разделки шва. Для направления электрода при автоматической сварке кри­волинейных швов используют электромагнитный ролик, закрепленный на шарнирной консоли соосно со свароч­ной головкой и движущейся по шаблону (копиру).

Высокая производительность достигается применени­ем двух, трех и более дуг. Двухдуговая сварка стали толщиной 8…10 мм производится одним проходом со скоростью до 120 м/ч. Этот способ автоматической свар­ки заключается в использовании двух мощных свароч­ных дуг, расположенных в общем плавильном простран­стве; первая дуга расположена вертикально, вторая на­клонена углом вперед. Значительная производительность достигается также при автоматической сварке с исполь­зованием трехфазного тока для питания сварочной дуги.

Полуавтоматическая сварка выполняется специаль­ными полуавтоматами, часто шлангового типа.

Шланговый полуавтомат (рис. 73) состоит из пере­носного механизма 3, держателя 1 со специальным гиб­ким шлангом 2, передвижного аппараторного ящика с включающей аппаратурой и электроизмерительными при­борами 5.

Питание дуги осуществляется соответствую­щими источниками. На схеме показан сварочный транс­форматор с дроссельной катушкой 6. Механизм 3 обеспе­чивает подачу электродной проволоки с постоянной скоростью, имеет электродвигатель мощностью 0,1 кВт. Скорость подачи проволоки может меняться в пределах 80…600 м/ч путем перестановки зубчатых колес. Через гибкий шланг 2 механизмом подается электродная про­волока диаметром до 2 мм из кассеты 4.

Рис.73 Схема шлангового полуавтомата

3. Флюс для автоматической сварки должен обеспечить при высокой производительности сварки устойчивое горе­ние дуги, хорошее формирование шва, надлежащий хи­мический состав, структуру и механические свойства на­плавленного металла и сварного соединения. При плав­лении флюса не должны выделяться в большом коли­честве вредные газы и дым.

Для автоматической сварки применяют плавленые и керамические неплавленные флюсы. Керамические неплавленные флюсы, предложенные академиком К. К. Хреновым, представляют собой по существу элек­тродное покрытие из крупинок – гранул размером 1…3 мм, изготовленных из материалов, входящих в обыч­ные покрытия электродов для электродуговой ручной сварки. Крупинки получают из сырой массы на специ­альной машине – грануляторе и подвергают сушке и затем прокаливанию при соответствующей температуре (300…400°С). Средняя насыпная масса керамического флюса составляют около 1,5 г/см³.

Для сварки малоуглеродистых сталей применяют ряд керамических флюсов, например К-10 следующего состава: 52,0% марганцевой руды; 10,0 % плавикового шпата; 28,0 % кварцевого песка, 10 % ферросилиция марки ФС 75, 19,0 % жидкого стекла плотностью 1,35.

Керамические флюсы обеспечивают хорошие свойст­ва сварных соединений, позволяют при использовании дешевой малоуглеродистой электродной проволоки ле­гировать наплавленный металл соответствующими эле­ментами, имеющимися в флюсе.

Наибольшее применение в промышленности нашли плавленые флюсы с высоким содержанием МnО (до 45%) при использовании малоуглеродистой электрод­ной проволоки. Один из лучших плавленых флюсов ОСЦ-45, представляющий собой силикат марганца MnO∙SiО₂, к которому для снижения температуры плав­ления, улучшения вязкости и технологических свойств добавляется фтористый кальций. Кроме этих основных составляющих флюса, в нем имеются случайные примеси и загрязнения. Состав флюса ОСЦ-45: 43…45% SiО₂, 38…43% МnО; 6…8% CaF₂, до 5% СаО; остальное – случайные примеси.