Техника сварки в нижнем положении

Это пространственное положение позволяет получать сварные швы наи-более высокого качества, так как облегчает условия выделения неметалличес-ких включений, газов из расплавленного металла сварочной ванны. При этом также наиболее благоприятны условия формирования металла шва, так как рас-плавленный металл сварочной ванны от вытекания удерживается нерасплавив-шейся частью кромок.

Стыковые швы сваривают без скоса кромок или с V-, Х- и U-об-разным скосом. Положение электрода относительно поверхности изделия и готового шва показано на рис. 14.

а б

Рисунок 14– Положение электрода при сварке в нижнем положении:

а - поперек оси шва; б - сбоку

Стыковые швы без скоса кромок в зависимости от толщины сваривают с одной или двух сторон. При этом концом электрода совершают поперечные колебания (см. рис. 12) с амплитудой, определяемой требуемой шириной шва. Следует тщательно следить за равномерным рас­плавлением обеих свариваемых кромок по всей их толщине и осо­бенно стыка между ними в нижней части (корня шва).

Однопроходную сварку с V-образным скосом кромок обычно выполняют с поперечными колебаниями электрода на всю ширину разделки для ее заполнения так, чтобы дуга выходила со скоса кромок на необработанную поверхность металла. Однако в этом случае очень трудно обеспечить равномерный провар корня шва по всей его длине, особенно при изменении величины притупления кромок и зазора между ними.

При сварке шва с V-образным скосом кромок за несколько проходов обе-спечить хороший провар первого слоя в корне раз­делки гораздо легче. Для этого обычно применяют электроды диаметром 3—4 мм и сварку ведут без поперечных колебаний. Последующие слои выполняют в зависимости от толщины металла электродом большего диаметра с поперечными колебаниями. Для обеспечения хорошего провара между слоями предыдущие швы и кромки следует тщательно очищать от шлака и брызг металла.

Заполнять разделку кромок можно швами с шириной на всю разделку или отдельными валиками (рис. 15). В многопроходных швах последний валик (11 на рис. 15, в) для улучше­ния внешнего вида иногда можно выполнять на всю ширину разделки (декоративный слой).

а б в

а — однопроходных; б — многослойных; в — много­проходных;

I—VI — слои; 1-11— проходы

Рисунок 15– Поперечные се­чения стыковых швов

Сварку швов с Х- или U-образным скосом кромок выполняют в общем так же, как и с V-образным скосом. Однако для уменьшения остаточных де-формаций и напряжений, если это возможно, сваркуведут, накладывая каждый валик или слой попеременно с каждой стороны. Швы с Х- или U-образным ско-сом кромок по сравнению с V-образным имеют преимущества, так как в первом случае в 1,6—1,7 раза уменьшается объем наплавленного металла (повы­шается производительность сварки). Кроме того, уменьшаются угловые деформации, а возможный непровар корня шва образуется в нейтральном по отношению к из-гибающему моменту сечении. Недостаток U-образного скоса кромок – повы-шенная трудоем­кость его получения.

Сварку стыковых швов можно выполнять различными способа­ми (рис. 16). При сварке на весу наиболее трудно обеспечить про­вар корня шва и фор-мирование хорошего обратного валика по всей длине стыка. В этом отношении более благоприятна сварка на съемной медной или остающейся стальной подк-ладке. В медной подкладке для формирования обратного валика делают форми-рую­щую канавку. Однако для предупреждения вытекания расплав­ленного ме-талла из сварочной ванны необходимо плотное поджатие подкладок к сварива-емым кромкам. Кроме того, остающиеся подкладки увеличивают расход ме-талла и не всегда технологичны. При использовании медных подкладок воз-никают трудности точной установки кромок вдоль формирующей канавки. Ес-ли с обратной стороны возможен подход к корню шва и до­пустимо усиление обратной стороны шва, целесообразна (рис. 16, г) подварка корня швом не-большого сечения с последующей укладкой основного шва. В некоторых слу-чаях при образовании непроваров в корне шва после сварки основного шва дефект в корне разделы­вают газовой, воздушно-дуговой строжкой или меха-ническими методами (рис. 16, д) с последующим выполнением подварочного шва.

Рис. 16. Схемы сварки:

а — на весу; б — на медной съемной подкладке; в — на остающейся стальной подкладке; г — с предварительным подварочным швом;

д — удаление непровара в корне шва для последующей подварки;

1 — медная подкладка; 2 — остающаяся подкладка; О — основной шов; П - подварочный шов

Сварку угловых швов в нижнем положении можно выполнять двумя при-емами. Сварка вертикальным электродом в лодочку (рис. 17, а) обеспечивает наиболее благоприятные условия для провара корня шва и формирования его усиления.

Рисунок 17– Положе­ние электрода и изделия при свар­ке:

а — в лодочку; б — таврового соедине­ния; в — внахлестку; г — углового соеди­нения

По существу этот прием напоминает сварку стыковых швов с V-об-разным скосом кромок, так как шов формируется между свариваемыми поверхностями. Однако при этом способе требуется тщательная сборка соединения под сварку с минимальным зазором в стыке для предупреждения вытекания в него расплавленного металла.

При сварке наклон­ным электродом (рис. 17, б — г) трудно обеспечить провар шва по нижней плоскости (ввиду натекания на нее расплавленного металла) и предупредить подрез на вертикальной плоскости (ввиду стекания расплавленного металла). Поэтому таким способом обычно сваривают швы с катетом до 6—8 мм. При сварке угловых швов наклонным электродом трудно также обеспечить глубокий провар в корне шва, поэтому в односторонних и ш двусторонних швах без скоса кромок может образоваться непровар (рис. 18, а), который при нагружении шва послужит началом развития трещин. Для предуп-реждения этого в ответственных соединениях при толщине металла 4 мм и более необходим односторонний скос, а при толщине 12 мм и более — двусторонний скос кромок.

При сварке наклонным электродом многопроходных швов первым вы-по-лняют шов на горизонтальной плоскости (рис. 18, б).

а б

1-6 –последовательность наложения швов

Рисунок 18- Сварка угловых швов

Формирование последующего валика происходит с частичным удержани-ем расплавленного металла сварочной ванны нижеле­жащим валиком. При свар-ке угловых швов применяют поперечные колебания электрода. Особенно важен правильный выбор их траектории при сварке наклонным электродом с целью преду­преждения возникновения указанных выше дефектов.

Техника сварки на горизонтальной и потолочной плоскостях.

Сварка швов в положениях, отличающихся от нижнего, требует повы-шенной квалификации сварщика в связи с возможным под действием сил тя-жести вытеканием расплавленного металла из сварочной ванны или падением капель электродного металла мимо сварочной ванны. Для предотвращения этого сварку сле­дует вести по возможности наиболее короткой дугой, в большинстве случаев с поперечными колебаниями.

Расплавленный металл в сварочной ванне от вытекания удер­живается в основном силой поверхностного натяжения. Поэтому необходимо уменьшать ее размер, для чего конец электрода периодически отводят в сторону от ванны, давая возможность ей частично закристаллизоваться. Ширину валиков также уменьшают до двух-трех диаметров электродов. Применяют пониженную на 10—20% силу тока и электроды уменьшенного диаметра (для вертикальных и горизонтальных швов не более 5 мм, для потолочных не более 4 мм).

Рисунок 19 – Положение электрода при сварке швов:

а — вертикальных; б — потолочных; в — горизонтальных

Сварку вертикальных швов можно выполнять на подъем (снизу вверх, рис. 19, а) или на спуск. При сварке на подъем нижележащий закристаллизовав-шийся металл шва помогает удержать расплавленный металл сварочной ванны. При этом способе облегчается возможность провара корня шва и кромок, так как расплавленный металл стекает с них в сварочную ванну, улучшая условия теплопередачи от дуги к основному металлу. Однако внешний вид шва — гру-бочешуйчатый. При сварке на спуск получить качественный провар трудно: шлак и расплавленный металл подтекают под дугу и от дальнейшего стекания удерживаются только силами давления дуги и поверхност­ного натяжения. В некоторых случаях их оказывается недоста­точно, и расплавленный металл вы-текает из сварочной ванны.

Сварка горизонтальных стыковых швов (рис. 19, в) более затруднена, чем вертикальных, из-за стекания расплавленного металла из сварочной ванны на нижнюю кромку. В результате возможно образование подреза по верхней кромке. При сварке металла повышенной толщины обычно делают скос только одной верхней кромки, нижняя помогает удерживать расплавленный металл в сварочной ванне. Сварка горизонтальных угловых швов в нахлесточных соединениях не вызывает трудностей и по технике не отличается от сварки в нижнем положении.

Сварка швов в потолочном положении (рис. 19, б) наиболее сложна и ее по возможности следует избегать. Сварку выполняют периодическими ко-роткими замыканиями конца электрода на сварочную ванну, во время которых металл сварочной ванны частично кристаллизуется, что уменьшает объем сва-рочной ванны. В то же время расплавленный электродный металл вносится в сварочную ванну. При удлинении дуги образуются подрезы. При сварке этих швов ухудшены условия выделения из расплав­ленного металла сварочной ванны шлаков и газов. Поэтому свой­ства металла шва несколько ниже, чем при сварке в других про­странственных положениях.

Техника сварки пробочных и прорезных соединений практи­чески не отличается от рассмотренной выше техники сварки стыковых или угловых швов.

В зависимости от протяженности шва, толщины и марки метал­ла, жестко-сти конструкции и т. д. применяют различные приемы последовательности сварки швов и заполнения разделки (рис. 20).

а — напроход; б — от середины к концам; в — обратноступенчато;

г — блоками; д — каскадом; е — горкой;

А — направление заполнения разделки. Стрелками указаны по-следовательность и направление сварки в каждом слое (1—5)

Рисунок 20– Сварка швов

Сварку напроход обычно применяют при сварке коротких швов (до 500 мм). Швы длиной до 1000 мм лучше сваривать от середины к концам или об-ратноступенчатым методом. При последнем спо­собе весь шов разбивают на участки по 150—200 мм, которые должны быть кратны длине участка, наплав-ляемого одним электро­дом. Сварку швов в ответственных конструкциях боль-шой тол­щины выполняют блоками, каскадом или горкой, что позволяет влиять на структуру металла шва и сварного соединения и его механические свойства.

Способы повышения производительности. Применение элек­тродов диаметром более 8 мм обычно не позволяет повысить про­изводительность процесса, так как увеличивающийся при этом вес электрода и держателя (в связи с повышением силы сварочного тока) приводит к быстрому утомлению сварщика. То же наблюдается при ручной дуговой сварке трехфазной дугой. Эти способы могут находить ограниченное применение при ванной сварке стержней арматуры железобетонных конструкций. Однако и здесь пред­почтительнее применение одно­го электрода.

При ванной сварке расплав­ление основного металла осу­ществляется ду-гой и частично за счет теплоты, передаваемой изделию перегретым жидким металлом сварочной ванны (рис. 21). Поэтому сварку проводят при повышен-ной силе тока. Стык стержней собирают с зазором в формах: стальной оста-ющейся (из металлической по­лосы) или медной съемной многократного ис-пользования, или графитовой одноразового использования.

1 – стержни; 2 — форма; 3 – прихватки

Рисунок 21– Сборка под ванную сварку

горизонтальных стержней арматуры

Сварку начинают в нижней части формы, расплавляя дугой нижние кромки стыка. До окончания сварки металл в верхней части сварочной ванны стараются поддерживать в расплавленном состоянии на возможно большую глубину и обязательно на всю ширину разделки и формы. Шов наплавляют несколько выше поверхности стержней. Процесс проводят вручную, хотя и были попытки создания установок для механизированной сварки, в которых расплавление электрода происходило автоматически, а их смена выполнялась вручную. Однако установки оказались сложными в эксплуатации и малопроизводительными.

Повышение производительности процесса достигается также применением электродов, содержащих в покрытии железный порошок. С применением этих электродов сварка возможна только в нижнем положении, так как при сварке в дру­гих пространственных положениях увеличенный размер свароч­ной ванны приводит к вытеканию из нее расплавленного металла. Техника сварки швов в нижнем положении также усложняется по этой причине, но принципиально не отличается от сварки обычными электродами. В основном они применяются для сварки угловых швов в нижнем положении на металле разной толщины. Сварные швы имеют плавные переходы к основному металлу, разбрызгивание незначительное. Производительность при сварке некоторыми марками электродов сравнима с производительностью механизированной сварки (до 13 кг/ч).

При сварке с глубоким проваром (другие названия: опиранием электрода, погруженной дугой и т. д.) повышение производитель­ности сварки достигается за счет более глубокого проплавления основного металла. Сварку выполняют специальными электро­дами, дающими при их расплавлении козырек повышен-ных раз­меров, на который и опирают электрод (рис.70).

Рисунок 70- Образование провара специальными электродами

для сварки с глубоким проваром

Сварщик, удерживая электрод под углом 70—85° к поверхности изделия, перемещает его вдоль свариваемых кромок без попереч­ных колебаний. Исполь-зуется максимально допустимый ток. Выделяющиеся при расплавлении элект-рода газы, оттесняя расплавленный металл сварочной ванны из-под дуги, уве-личивают глубину проплавления, которая регулируется изменением угла наклона электрода и скоростью его перемещения. Сварку выпол­няют в нижнем положении стыковых и угловых швов.

При способах сварки лежачим и наклонным электродами также применяют специальные электроды, расплавление покрытия которых, образуя козырек определенных размеров, предупреждает короткое замыкание дуги. Повышение производительности труда достигается за счет того, что один сварщик одновременно обслу­живает несколько дуг. Лежачим электродом (рис. 22, а) сваривают стыковые и нахлесточные соединения и угловые швы на стали толщиной 0,5—6 мм.

1 – электрод; 2 — медный брусок; 3 — медная съемная

подкладка; 4 — обойма; 5 — штатив

Применение экзотермических смесей в покрытии электродов

Производительность возрастает за счет восстанавлваемого железа из оксидов железа и увеличения скорости плавления электрода. Коэффициент наплавки подобный электродам с большим содержанием железного порошка в покрытии.

Сварка сдвоенным электродом

Стержни соединяются контактной сваркой. Дуга блуждает с одного электрода к другому. Производительность возрастает на 20...40% за счет подог-рева электрода током при горении дуги на втором электроде.

Сварка пучком электродов

Эта сварка подобна сдвоенному электроду. Электроды между собой соединяются прихватками в месте крепления их в электрододержателе, а ток подводится ко всем одновременно. Производительность увеличивается на 40...50% за счет увеличения α_н и повышения коэффициента использования поста.

Сварка трехфазной дугой

К 2- м электродам подводятся две фазы от источника питания, а третья - к изделию. Электроды закрепляются отдельно или в одном электрододержате-ле. Производительность возрастает на 50...60%.

ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

Широкое применение этого способа в промышленности при про­изводстве конструкций из сталей, цветных металлов и сплавов объясняется высокой про-изводительностью процесса и высоким качеством и стабильностью свойств сварного соединения, улучшен­ными условиями работы, более низким, чем при ручной сварке, расходом сварочных материалов и электроэнергии. К недостат-кам способа относится возможность сварки только в нижнем положе­нии ввиду возможного стекания расплавленных флюса и металла при отклонении плос-кости шва от горизонтали более чем на 10 — 15°.

Сущность способа. Наиболее широко распространен процесс при испо-льзовании одного электрода — однодуговая сварка. Сва­рочная дуга горит между голой электродной проволокой 1 и изде­лием, находящимся под слоем флюса 3 (рис. 25).

Рисунок 25– Сварка под флюсом

В расплавленном флюсе 5 газами и парами флюса и расплавленного ме-талла обра­зуется полость — газовый пузырь 4, в котором существует сва­рочная дуга. Давление газов в газовом пузыре составляет 7— 9 г/см², но в сочетании с механическим давлением, создаваемым дугой, его достаточно для оттеснения жидкого металла из-под дуги, что улучшает теплопередачу от нее к основному металлу. Повы­шение силы сварочного тока увеличивает механическое давле-ние дуги и глубину проплавления основного металла h_пр.

Кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны 7 приводит к образованию сварного шва 6. Затвердевший флюс образует шлаковую корку на поверхности шва. Расплавленный флюс, образуя пузырь и покрывая поверх-ность сварочной ванны, эффективно защищает расплавленный металл от взаи-модействий с воздухом. Металлургические взаимодействия между расплав-ленным металлом и шлаком способствуют полу­чению металла шва с требуе­мым химическим составом. В отличие от ручной ду­говой сварки металличес-ким электродом при сварке под флюсом, так же как и при сварке в защитных газах, токоподвод к электродной про­волоке 2 осуществляется на небольшом расстоянии (вылет электрода) от дуги (до 70 мм). Это позволяет без перегрева электрода использовать повышенные сварочные токи (до 2000 А). Плотность сварочного тока достигает 200-250 А/мм², в то время как при ручной дуговой сварке не превышает 15 А/мм². В результате повышается глубина проплавления основного металла и скорость расплавления электродной проволоки, т. е. дос-ти­гается высокая производительность процесса.

Производительность этого процесса сравнительно с РДЗ увеличивается в 6-12 раз. Затраты на угар и разбрызгивание 1...3% , α_н=14...18 Г/А∙ч. За счет изменения доли электродного металла в металле шва с 70 (РДЗ) до 35% при сварке под флюсом снижается расход электродного металла и электроэнергии.

Увеличение производительности достигается за счет повышенных зна-чений тока и его плотности, так как увеличивается механическое давление дуги и глубина проплавлення основного металла; введение в обработку металличес-ких наполнителей (железный порошок, проволока и прочие).

Сварку под флюсом можно осуществлять переменным и постоянным током. В зависимости от способа перемещения дуги относи­тельно изделия сварка выполняется автоматически и полуавтома­тически. При автоматической сварке подача электродной прово­локи в дугу и перемещение ее осуществляется специальными механизмами. При полуавтоматической сварке дугу перемещает сварщик вручную.

Существуют разновидности сварки под флюсом, когда в неко­торых случаях целесообразно применение двухдуговой или много­дуговой сварки. При этом дуги питаются от одного источника или от отдельного источника для каждой дуги. При сварке сдвоен­ным (расщепленным) электродом (рис. 26, а) дуги, горящие в общую ванну, питаются от одного источника. Это несколько повышает производительность сварки за счет повышения количества рас­плавленного электродного металла.

Рис. 26. Схемы образования шва при сварке:

а — сдвоенным электродом; б — двух­дуговой; в — трехфазной дугой

Электроды по отношению к направлению сварки могут быть расположе-ны последовательно или перпендикулярно. При последовательном расположе-нии глубина проплавления шва несколько увеличивается, а при перпендику-лярном (см. рис. 30, б) уменьшается. Второй вариант расположения электродов позволяет выполнять сварку при повышенных зазорах между кромками. Изме-няя расстояние между электродами, можно регулировать форму и размеры шва. Удобно применение этого способа при наплавочных работах. Однако недостат-ком способа является некоторая неста­бильность горения дуги.

При двухдуговой сварке (рис. 26, б) используют два электрода (при многодуговой несколько). Дуги могут гореть в общую или раздельные сварочные ванны (когда металл шва после первой дуги уже полностью закристаллизовался). При горении дуги в раздельные сварочные ванны оба электрода обычно перпенди­кулярны плоскости изделия. Изменяя расстояние между дугами, можно регулировать термический цикл сварки, что важно при сварке закаливающихся сталей.

Эта схема позволяет вести сварку на высоких скоростях, в то время как применение повышенного тока при однодуговой сварке приводит к несплав-лениям — подрезам по кромкам шва. При двухдуговой сварке вторая дуга, го-рящая в отдельную ванну, электродом, наклоненным углом вперед (угол 𝜶 = 45 … 60°), частично переплавляет шов, образованный первой дугой, и обра­зует уширенный валик без подрезов. Для питания дуг с целью уменьшения магнит-ного дутья лучше использовать разнородный ток (для одной дуги – перемен-ный, для другой – постоянный).

При сварке на переменном токе по схеме на рис. 26, в возникает трех-фазная дуга: одна дуга горит между электродами (независи­мая дуга) и две дру-гие - между каждым электродом и изделием. Все дуги горят в одном плавиль-ном пространстве. Регулируя ток в каждой дуге, можно изменять количество расплавляемого электродного металла или проплавление основного металла. В первом случае способ удобен при наплавочных работах и для сварки швов, требующих большого количества наплавленного металла. Недостаток способа - необходимость точного согласо­вания скоростей подачи электродов. Сварку сдвоенным электро­дом, двумя и большим числом электродов выполняют на автоматах.