4.4.4. Газовое пламя

Газовое пламя как источник сварочной теплоты образуется чаще всего за счет сгорания в специальных горелках какого-либо горючего газа, напри­мер ацетилена, кислорода. Струк­тура подобного пламени показана на рис. 4.5. Ацетилено-кислородное пламя имеет три зоны: 1 — ядро голубого цвета, 2 — рабочая зона, окрашенная в фиолетовый цвет, 3 — факел. Рабочая зона состоит из продуктов неполного сгорания ацетилена (СО и Н₂). В этой зоне выделяется большое количество теплоты, а образующаяся газовая среда имеет восста­новительный характер и надежно защищает металл сварочной ван­ны от окисления и азотирования. Процесс полного сгорания ацети­лена завершается в зоне 3 за счет кислорода воздуха.

Пламя, получаемое при указанном ниже соотношении кислоро­да и ацетилена, называется нормальным. Для его получения необ­ходимо, чтобы в смеси газов на один объем химически чистого кислорода приходился один объем ацетилена. Однако на практике для питания горелки используют технический кислород, содержа­щий небольшое количество примесей. Этим и объясняется, что практически для получения нормального пламени соотношение га­зов смеси составляет

β = О₂ / С₂Н₂ = 1,1…1,2.

Рис. 4.5. Строение сварочного ацетилено-кислородного

пла­мени: I — VI — расстояния от торца мунд­штука

горелки

Нормальное пламя используют для сварки низкоуглеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей, а также для сварки меди, магниевых сплавов, алюминия, цинка, свинца и др. При сварке цветных металлов, окислы которых не восстанавли­ваются газами пламени, необходимо применять флюсы, содержа­щие химические растворители этих окислов.

Окислительное пламя образуется при β = 1,3…1,5. Окислитель­ным пламенем сваривают латуни. Науглероживающее пламя полу­чается при β = 1. Такое пламя используют при сварке высокоугле­родистых сталей, чугуна и при наплавке твердых сплавов.

4.4.5. Ручная дуговая сварка

Ручную электродуговую сварку можно осуществлять металли­ческим (плавящимся) электродом, угольным электродом без защи­ты, a также угольным или вольфрамовым электродами в среде за­щитных газов.

Электро­ды после зажигания дуги перемещают вдоль заготовки. В процессе сварки металлическим покрытым электродом (рис. 4.6) дуга 8 горит между стержнем электрода 7 и основным металлом 1. Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну 9. Вместе со стержнем пла­вится покрытие электрода 6, образуя газовую защитную атмосферу 5 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности распла­вленного металла. Металлическая и шлаковая ванны вместе обра­зуют сварочную ванну. По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов 3. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку 2.

Рис. 4.6. Схема процесса сварки ме­таллическим

покрытым электродом

В перегретой сварочной ванне протекает ряд металлургических процессов: испарение или окисление (выгорание) некоторых легиру­ющих элементов, например углерода, марганца, кремния, хрома и др., и насыщение расплавленного металла кислородом, азотом и водородом из окружающего воздуха. В результате возможно изменение состава сварного шва по сравнению с электродным и основным металлом, а также понижение его механических свойств, особенно вследствие насыщения шва кислородом. Для обеспечения заданных состава и свойств шва в покрытие вводят легирующие элементы и элементы-раскислители.

Кристаллизация сварного шва начинается от границ оплавлен­ного основного металла и протекает путем роста столбчатых кристал­литов к центру шва. Вследствие дендритной ликвации примеси располагаются по границам кристаллитов, где они могут образовать легкоплавкие эвтектики и неметаллические включения. Это снижает механические свойства шва и в отдельных случаях может быть причиной образования горячих трещин.

Электроды для ручной сварки представляют собой стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержень изготовляют из сва­рочной проволоки повышенного качества. Стандарт на стальную сварочную проволоку предусматривает 77 марок проволоки диа­метром 0,2…12 мм.

На электроды наносят специальные покрытия с целью:

1) создания шлаковой и газовой защиты расплавленного металла сва­рочной ванны (шлак защищает и капли металла в процессе перехода их с электрода в шов, обволакивая их);

2) раскисления наплавленно­го металла с помощью добавок в покрытие таких элементов, как Mn, Si, Ti, A1 в виде ферросплавов или чистых элементов;

3) легирования наплавлен­ного металла, что позволяет из­менять его химический состав, а также расширяет возможность получения требуемых свойств наплавленного металла;

4) улучшения стабильности горения дуги посредством вклю­чения в покрытие элементов с ма­лым потенциалом ионизации.

Ручная дуговая сварка при­меняется главным образом в изде­лиях, имеющих короткие и преры­вистые швы, швы сложной конфи­гурации, т. е. там, где трудно или невыгодно применять автоматические методы сварки. Положительной сто­роной ручной сварки является возможность производить сварку в любом пространственном положении, что особенно важно для сварки в монтажных условиях.

К недостаткам ручной дуговой сварки относятся: трудности сварки тонкого материала (менее 1…2 мм), длительный срок обучения свар­щика высокой квалификации (1,0…1,5 г), большая зависимость качест­ва сварки от индивидуальных особенностей сварщика, малая произво­дительность.

Ручной дуговой сваркой можно сваривать стали, чугун, медь и медные сплавы. Естественно, что для каждого металла и его сплавов необходимо применять соответствующие электродные проволоки и покрытия.

Режим ручной дуговой сварки. Основным параметром режима ручной дуговой сварки является сварочный ток, который вы­бирают в зависимости от диаметра и типа металла электрода:

I_св = kd_э ,

где k — опытный коэффициент, равный 40…60 для электродов со стержнем из низкоуглеродистой стали и 35…40 для электродов со стержнем из высоколегированной стали, А/мм; d_э — диаметр стержня электрода, мм.

Диаметр электродов выбирают, исходя из толщины стали.

При толщине стали до 6 мм сваривают по зазору без разделки кромок заготовки. При больших толщинах металла выполняют одностороннюю или двустороннюю разделку кромок под углом 60°. Разделка необходима для обеспечения полного провара по толщине. Металл толщиной свыше 10 мм сваривают многослойным швом.