10.11 Подготовка заготовок для сварки
Подготовка заготовок включает следующие операции: очистка, правка, разметка, резка и сборка.
Заготовки очищают, в случае необходимости, от побочных различных веществ неорганического и органического характера. Особенно эта операция является обязательной при выполнении ремонтных и монтажных работ технологического оборудования и металлоконструкций в условиях действующих предприятий.
Правка заготовок может производиться в горячем и холодном состоянии с использованием специальных правильных вальцов и прессов.
Подготовленные после таких операций заготовки или исходный прокат подвергается разметке согласно геометрическим формам и размерам, указанным в рабочих чертежах данного сварного изделия.
Следует при разметке учитывать укорочение размеров заготовок в результате выполнения сварного соединения из расчета примерно один мм на каждый поперечный стык и 0,1-0,2 мм - на один погонный метр длины сварного шва.
Получение заготовок производится путем резки машинным и термическим способами. В случае использования газовой резки одновременно с разрезкой на заготовки производится подготовка кромок металла путем выполнения операции - скос кромок.
При выполнении сварных соединений деталей и конструкций ответственного назначения производится в обязательном порядке механическая обработка полученных ранее кромок при газовой резке для удаления науглероженного поверхностного слоя металла, что, в свою очередь, предотвращает понижение качества получаемого сварного соединения.
Заключительной операцией перед сваркой является сборка. Для ускорения процесса сборки и повышения качества получаемых сварных соединений применяют различные приспособления, причем такие приспособления применяются, преимущественно, комбинированного исполнения для сборки изделия с последующим выполнением сварки, желательно в нижнем положении.
10.12 Техника выполнения ручной дуговой сварки
Для зажигания дуги при ручной дуговой сварке применяются два способа. Первый способ имитирует зажигание спички: боковое движение электрода по металлу с последующем отводом на требуемую высоту.
Второй способ заключается в подводе электрода перпендикулярно к свариваемому металлу до касания, а затем следует мгновенный отвод, как в первом способе.
Прикосновение электрода к свариваемому металлу должно быть кратковременным, так как иначе он приваривается, отрыв при этом необходимо производить резким поворотом в сторону.
При обрыве дуги производят повторное зажигание вне прежнего кратера с последующим возвратом к продолжению сварного шва. Следует довольно тщательно производить сварку по месту прежнего кратера, ибо, как показывает практика, в этих местах большая вероятность появления горячих трещин.
При замыкании электрической цепи посредством касания электродом свариваемой детали выделяющаяся энергия нагревает, оплавляет и частично испаряет металл электрода, при этом, как уже упоминалось в данной работе ранее, благодаря термоэлектронной эмиссии происходит ионизация газового столба (пространства между отведенным электродом и свариваемым металлом).
Это обстоятельство способствует вначале к образованию, а затем и к устойчивому горению дуги, а следовательно, не прерывающемуся процессу формирования сварного шва.
Процесс рождения электрической дуги весьма кратковременный и составляет доли секунды, а это требует определенного профессионального навыка от человека, выполняющего ручную дуговую сварку.
На рисунке 10.3 показана схема сварочной дуги при сварке металлическим электродом.
1 – электрод, 2- электрическая дуга, 3 - светящийся факел, 4 – кратер, 5 – сварочная ванна
Рисунок 10.3 - Схема сварочной дуги при сварке металлическим электродом
При касании металлическим электродом 1 свариваемого металла происходит кратковременное замыкание, величина сварочного тока максимальная, при этом происходит мгновенный разогрев места контакта металлов. После отвода электрода 1 на небольшое расстояние от свариваемого металла образуется электрическая дуга 2, обычно она имеет конусную форму.
Электрическая дуга 2 по боковой поверхности имеет охватывающий светящийся факел 3. Расплавившийся металл электрода и свариваемого металла образуют сварочную ванну 5, наполненную жидким металлом. Поверхность сварочной ванны вогнута и носит название кратера 4. Глубина расплавления свариваемого металла h называется проваром.
В зависимости от положения сварного шва производят соответствующую первоначальную постановку и дальнейшее движение электрода в процессе выполнения сварки. Например, при выполнении сварочного шва в нижнем положении электрод в процессе сварки держат под наклоном в сторону движения 15-20о к вертикали.
Изменяя угол наклона электрода можно регулировать глубину расплавления основного металла и влиять на скорость охлаждения сварочной ванны.
Перемещение электрода в процессе сварки производят двумя методами: "к себе" и "от себя".
Концу электрода в процессе выполнения ручной дуговой сварки при толщине свариваемого металла, равного или чуть больше диаметра электрода, не придают колебательных движений.
При толщине свариваемого металла в пределах =(2-4)dэ концу электрода для выполнения таких приемов, как прогрев свариваемых кромок, раздельный их прогрев, прогрев корня шва, придают колебательные движения различной конфигурации.
В этом случае при выполнении уширенных валиков шва (шириной 2,5÷3,0 диаметра электрода) конец электрода совершает три взаимосвязанных движения:
а) поступательное движение вдоль оси электрода;
б) поступательное движение вдоль линии шва;
в) колебательные движения.
При колебательных движениях улучшается прогрев кромок шва, замедляется остывание кристаллизующегося металла сварочной ванны, обеспечивается получение однородного шва и удается избежать непровара корня сварочного шва.
Схема колебательных движений конца электрода показана на рисунке 10.4.
В зависимости от толщины свариваемых заготовок сварочные швы выполняются однослойными и многослойными.
Рисунок 10.4 - Схема движения электрода при ручной электродуговой сварке (колебательные движения)
В процессе выполнения однослойного шва сварщик производит одновременно движение "вперед" и "вниз" электрода, заполняя тем самым пространство, образованное разделкой свариваемого металла.
При многослойной сварке стыковых соединений сначала производят подварку корня шва (рисунок 10.5 а), а затем уже посредством валиков (слоев) производится послойное заполнение разделки шва, причем в обязательном порядке производится послойная зачистка шлака и металла (рисунок 10.5 б).
(а): Схемы сварки: многослойная (б); сварка «в лодочку» (в)
Рисунок 10.5 - Движение электрода
Для обеспечения получения качественного сварного соединения во всех случаях, если позволяет конструкция свариваемого изделия, выполнять сварку в нижнем положении или "в лодочку" (рисунок 10.5 в).
Если же конструкция свариваемого изделия не позволяет осуществить местонахождение шва в нижнем положении, то производят сварку с выполнением вертикальных и потолочных швов.
Выполнение вертикальных и потолочных швов предполагает применение определенных марок электродов и отличающихся от ординарных режимов и приемов выполнения сварки.
Сварку вертикальных швов выполняют короткой дугой, в пределах (0,5÷0,7)dэ , что обеспечивает получение при кристаллизации металла в зоне перехода от основного металла к металлу сварного шва однотипной структуры, предполагающей и одинаковые физико-механические характеристики.
Сварку вертикальных швов выполняют снизу вверх, что способствует в процессе последовательного наложения валиков сварного шва получению равнопрочного металла сварного соединения, а также создает определенные удобства и упрощает приемы сварки.
Величину сварочного тока при выполнении вертикальных швов обычно уменьшают на 10-20 %, по сравнению с режимом сварки горизонтальных и в нижнем положении швов.
При выполнении потолочных швов величина сварочного тока уменьшается на 15-20 %, чем при режиме выполнения сварки в нижнем положении.
Выполнение потолочных швов требует самой высокой квалификации сварщика.
Лекция 11 Сварка в защитных средах (5 часов)
Тематический план:
11.1 Дуговая механизированная сварка под флюсом
11.2 Электрошлаковая сварка
11.3 Технологический режим выполнения электрошлаковой сварки
11.4 Особенности способа электрошлаковой сварки металлов
11.5 Дуговая сварка в защитных газах
11.6 Способы сварки в защитных газах
11.7 Модернизированные виды сварки
Идея выполнения сварки с защитной дугой предложена ещё Н.Г. Славяновым была воплощена в технике сварки разработкой и созданием аппаратуры и внедрением данного способа сварки в производство только в сороковые годы двадцатого столетия под руководством академика Е.О. Патона сотрудниками института электросварки АН УССР.
Разновидностями дуговой механизированной сварки являются:
а) автоматическая дуговая сварка под флюсом;
б) полуавтоматическая дуговая сварка под флюсом.
При автоматической дуговой сварке под флюсом управление электрической дугой, транспортирование сварочной головки относительно направления сварочного шва, подача сварочной проволоки, подача и отбор неиспользованного флюса производятся различными механизмами, управление которыми выполняются одним блоком управления.
1 – токоподводящие контакты, 2 – механизм подачи, 3 – сварочная проволока, 4 – жидкий шлак, 5 – флюс, 6 – шлаковая корка, 7 – сварной шов, 8 – заготовка, 9 – сварочная ванна, 10 – сварочная дуга
Рисунок 11.1 - Автоматическая дуговая сварка под флюсом
При полуавтоматической сварке под флюсом при прочих одинаковых условиях технологического процесса транспортирование сварочной головки относительно направления сварочного шва производится сварщиком вручную.
При автоматической дуговой сварке под флюсом (рисунок 11.1) подвод сварочного тока осуществляется посредством токоподводящих контактов 1. Сварочная проволока 3 посредством механизма подачи 2 подаётся с определённой скоростью в зону сварки.
Мощная сварочная дуга 10 горит между заготовкой 8 и концом сварочной проволоки 3. В процессе горения дуги сварочная проволока 3 для сохранения ее длины подается со скоростью, определяемой величиной сварочного тока и скоростью механизированного перемещения заготовки.
Сварочная дуга горит под слоем флюса 5, причём получаемая при этом теплота способствует плавлению металла заготовки 8 и части флюса 5.
Расплавленный флюс создает вокруг сварочной дуги жидкогазовую полость, предохраняя её от атмосферного воздействия. На поверхности сварочной ванны 9, образованной расплавленным металлом электродной проволоки и кромок металла заготовки, находится также слой жидкого шлака 4.
Для механизированной сварки под флюсом является характерным глубокое проплавление металла свариваемых заготовок. По мере удаления сварочной дуги в связи с понижением температуры происходит кристаллизация сварочной ванны с образованием металла сварного шва 7, покрытого твердой шлаковой коркой 6. Избыточный не расплавившийся флюс 5 убирается для повторного использования.
По сравнению с ручной дуговой сваркой автоматическая сварка под слоем флюса имеет следующие преимущества:
повышение производительности технологического процесса в 15 – 20 раз;
применение для сварки достаточно больших толщин заготовок (до 20 мм) за один проход без разделки кромок;
надёжная защита сварочной ванны флюсом от воздействия окружающей среды;
повышение физико-механических характеристик металла сварного шва за счёт наличия большого объёма жидкого металла и шлака, что способствует созданию необходимых условий для полного осуществления процессов легирования и раскисления;
постоянство геометрии и состояния поверхности сварного шва;
улучшение гигиенических условий труда обслуживающего персонала.