Раздел 4. Выбор способа сварки

В качестве примера для изготовления котла вагона цистерны и в соответствии с ПБ 03-576-03 принимаем автоматическую дуговую сварку под флюсом (АФ). В реальном курсовом проекте необходимо проанализировать и обосновать выбор 2-3-х способов сварки (например, один – для сварки обечаек с днищами, второй – для приварки штуцеров).

При автоматической дуговой сварке под флюсом (рис. 3) электрическая дуга горит под слоем флюса между концом сварочной проволоки и свариваемым металлом. Ролики механизма автоматически вытягивают электродную проволоку в дугу. Сварочный ток, переменный или постоянный, прямой или обратной полярности подводится к электродной проволоке, а другим контактом к изделию.

Рис. 3 Схема автоматической дуговой сварки под флюсом.

1 – токопровод, 2 – механизм перемещения проволоки, 3 – проволока, 4 – жидкий шлак, 5 – флюс, 6 – шлаковая корка, 7 – сварной шов, 8 – основной металл заготовки, 9 – жидкий металл, 10 – электрическая дуга.

Сварочная дуга горит в газовом облаке, образованном в результате плавления и испарения флюса и металла. При гашении электрической дуги расплавленный флюс, остывая, образует шлаковую корку, которая отделяется от поверхности шва. Флюс засыпается перед дугой из бункера слоем толщиной 40—80 и шириной 40—100 мм. Количество флюса, идущего в шлаковую корку, равно массе расплавленной сварочной проволоки. Нерасплавившаяся часть флюса отсасывается пневмоотсосом в бункер и используется вновь.

Потери металла на угар и разбрызгивание при горении дуги под флюсом меньше, чем при ручной дуговой и сварке в защитных газах. Расплавленные электродный и основной металлы перемешиваются в сварочной ванне. Кристаллизуясь, они образуют сварной шов.

В промышленности используется сварка проволочными электродами - сварочной проволокой. Иногда сварку проводят ленточными, толщиной до 2 мм и шириной до 40 мм, или комбинированными электродами. Дуга, перемещаясь от одного края ленты к другому, равномерно оплавляет её торец и расплавляет основной металл. Изменяя форму ленты, можно изменить и форму поперечного сечения шва, достигая необходимого проплавления металла или получая равномерную глубину проплавления по всему сечению шва.

При сварке флюс насыпается слоем толщиной 50-60 мм; дуга утапливается в массе флюса и горит в жидкой среде расплавленного флюса, в газовом пузыре, образуемом газами и парами, непрерывно создаваемыми дугой. При среднем насыпном весе флюса около 1,5 г/см³ давление слоя флюса на жидкий металл составляет 7-9 г/см². Этого давления достаточно для устранения механических воздействий дуги на ванну жидкого металла, приводящего к разбрызгиванию жидкого металла, нарушению формирования шва даже при очень больших токах.

Для электрической дуги, горящей без флюса нельзя проводить сварку при силе тока выше 500-600 А из-за разбрызгивания металла и нарушения формирования шва. Дуга же во флюсе позволяет увеличить токи в до 3000-4000 ампер с сохранением качества сварки и правильным формированием шва.

В качестве флюсов при сварке применяют искусственные силикаты, имеющие слабо кислый характер. Основой флюса являются двойной или тройной силикат закиси марганца, окиси кальция, окиси магния, алюминия и т. д. В качестве добавки, снижающей температуру плавления и вязкость, применяется плавиковый шпат.

Широко применяемых в промышленности высокомарганцовистый флюс ОСЦ-45. Он представляет собой силикат марганца MnOSiO₂ с добавкой фтористого кальция. Флюс АН-348 обеспечивает большую устойчивость горения дуги по сравнению с флюсом ОСЦ-45. Большая устойчивость горения дуги обеспечивается при использовании флюса АН-348-А, выделяющем меньше вредных газов.

Недостатки предлагаемого метода:

- велики трудозатраты, связанные со стоимостью флюса;

- трудности корректировки положения дуги относительно кромок свариваемого изделия;

- экологическое воздействие газов на оператора;

- невидимость места сварки, расположенного под толстым слоем флюса;

- нет возможности выполнять сварку во всех пространственных положениях без специального оборудования;

- повышенная жидкотекучесть расплавленного металла и флюса;

- требуется тщательная сборка кромок под сварку. При увеличенном зазоре между кромками возможно вытекание в него расплавленного металла и флюса и образование в шве дефектов.

Преимущества:

- повышенная производительность;

- минимальные потери электродного металла;

- отсутствие брызг;

- максимально надёжная защита зоны сварки;

- минимальная чувствительность к образованию оксидов;

- не требуется защитных приспособлений от светового излучения, так как дуга горит под слоем флюса;

- низкая скорость охлаждения металла обеспечивает высокие показатели механических свойств металла шва.