Сварка и свариваемые материалы. Том 2. Технология и оборудование

дится сваривать снизу вверх. Скорости сварки вертикальных швов сснизу вверх» обычно невелики (6—10 м/ч). Сварку ве­ дут «углом вперед», направляя дугу на переднюю часть ван­ ночки, что уменьшает ее стекание. Металл толщиной > 8 мм сваривают с поперечными колебаниями электрода по треуголь­ нику (см. рис. 3.8,г). Техника выполнения сварки швов «снизу

спечивает возможность сварки в СОг углеродистых сталей тол­ щиной до 12 мм методом «сверху вниз». Сварка выполняется проволоками 0 1,2—1,4 мм на токах до 260 А (табл. 3.5). Провар корня шва полный, несплавления по краям шва отсут­ ствуют. Швы формируются без усиления или с небольшим ос­ лаблением. Уменьшение усиления шва обеспечивает снижение расхода электродной проволоки, газа и электроэнергии. Сни­ жаются трудовые затраты, уменьшается деформация изделия. Сварку выполняют электродом «углом назад»; швы катетом до 4 мм сваривают без поперечных колебаний электрода, а швы катетом > 4 мм выполняют с поперечными колебаниями элек­ трода и в несколько проходов. Скорости сварки угловых швов «сверху вниз» на металле толщиной 8—12 мм достигают 30—

сварщика, чем сварка «снизу вверх» с колебаниями электрода. Режимы сварки вертикальных соединений со свободным формированием швов — в СОг (при использовании источников тока как с пологопадающей, так и с комбинированной внешней

- При значительной длине соединений прямолинейные вер­ тикальные швы на стали толщиной 8—40 мм целесообразно выполнять по технологии с принудительным формированием, как при электрошлаковой сварке. Этот способ разработан Д. А. Дудко с сотр. в ИЭС им. Е. О. Патона в 1956—1957 гг.

Для получения высокого качества и хорошего формирова­ ния швов необходимо наличие между ползуном и швом не­ большого количества шлака..Для этого при использовании про­ волок сплошного сечения в зону сварки подают небольшое ко­ личество флюса. Флюс поступает из отдельного бункера или с присадочной порошковой проволокой, укрепленной на кромке стыка. При сварке порошковыми проволоками шлак образу­ ется при расплавлении самой проволоки. Для защиты зоны

Для получения шва высокого качества необходимо преду­ преждать попадание воздуха к расплавленной ванночке, для чего газ рекомендуют подавать по специальным газовым соп­ лам или по каналам, расположенным в ползунах. Наличие на поверхности ванны шлака снижает требования к качеству за­ щиты. Режимы сварки вертикальных швов выбирают, исходя из условия получения заданного термического цикла и получе­ ния процесса с минимальным разбрызгиванием. С повышением

уменьшается. С повышением напряжения ширина ванны уве­ личивается. Зазор между листами влияет мало на ширину шва.

Соединения на металле толщиной >20 мм выполняют с ко­ лебаниями электрода. У ползунов электрод задерживают на 1,5—2 с. Сварку вертикальных швов выполняют .на постоянном токе. Сварка вертикальных швов в защитных газах с принуди­ тельным формированием обеспечивает более высокую произво­ дительность, чем сварка со свободным формированием шва и ручная дуговая сварка. Стыковые соединения под сварку

спринудительным формированием собирают без с!фса кромок

ис U-образной разделкой. При сборке с U-образной раздел­

кой уменьшается сечение разделки и можно повысить скорость сварки. Кроме того, при U-образной разделке кромок в случае выхода из строя автомата сварку можно закончить полуавто­ матической или ручной дуговой сваркой. Поперечная усадка соединения при U-образной разделке также меньше, чем при прямоугольной.

— Горизонтальные швы на стали толщиной до 6 мм свари­ вают в СОг или СО2 +О 2 (15—20%) проволоками 0 0,8— 1,4 мм. Соединения на металле толщиной до 3 мм собирают без скоса кромок с небольшим зазором, что обеспечивает по­ лучение швов с полным проваром при небольших усилиях. Сварку ведут «снизу вверх» с наклоном электрода «углом на­ зад» без поперечных колебаний. Дугу направляют на металли­

сварке горизонтальных швов проволоками Св-08Г2С 0 1,6— 2 мм в металле шва встречаются характерные несплавления, имеющие вид полушарий. Места несплавления обычно покрыты тонкой корочкой шлака. Для их исключения следует «пони­ жать» режим сварки, уменьшать диаметр электрода, а также осушать С02 и очищать проволоку от смазки.

— Потолочные швы рекомендуется сваривать: в С02 прово­ локой 0 0 ,8 —1,4 мм на режимах с частыми короткими замыка­ ниями, авАг + СОг (10%) с наложением импульсов. Сваривать такие швы полуавтоматом труднее, чем в других положе­ ниях, поэтому сварщик должен иметь более высокую квалифи­ кацию. Сварку потолочных швов ведут «углом назад» на ми­ нимальных напряжениях. Сварочный ток можно выбирать не­ сколько большим, чем для сварки вертикальных швов (табл. 3.7). Дугу и поток С02 направляют на ванночку жидкого ме­ талла, что уменьшает его стекание. Для этой же цели реко­ мендуется увеличивать расход газа. Сварку стыковых швов с разделкой кромок ведут с поперечными колебаниями элек­ трода. Металл толщиной > 6 мм рекомендуется сваривать в два прохода и более, что обеспечивает получение плотных швов.

3.5. Сварка электрозаклепками и точками в С 0 2

Сварку такого вида применяют для выполнения нахлесточных тавровых, угловых и стыковых соединений на металле толщи­ ной >0,5 мм со швами, расположенными во всех пространст­ венных положениях. При сварке на токах до 350 А целесооб­ разно использовать проволоки 0 0,8—1,4 мм, на больших то­ ках— проволоки 0 1,6—2 мм. В отдельных случаях при сварке металла большой толщины в нижнем положении используют проволоку до 0 4 мм.

При сварке электрозаклепками металла толщиной > 1,5 мм в вертикальном и потолочном положениях и толщиной > 6 мм в нижнем положении рекомендуется делать отверстия в верх­ нем листе. В остальных случаях отверстия в верхнем листе не делают. Требования к качеству сборки обычно такие же, как при сварке швов большой длины. Стабильность начала про­ цесса оказывает большое влияние на качество сварки точками и электрозаклепками. При сварке проволоками до 01 ,6 мм на­ чало процесса осуществляют путем подачи электродной прово­ локи под напряжением к изделию. Для улучшения начала сварки процесс следует начинать на малом вылете электрода.

— При сварке точками и электрозаклепками следует ис­ пользовать специальные приемы зажигания дуги. Например,

повышенной скорости нарастания тока в сварочной цепи, а после зажигания дуги переходить на рабочий режим. При этом ва­ жно, чтобы переход на рабочий режим сварки происходил по­ сле зажигания дуги. Для этого в сварочную аппаратуру вводят спаренные датчики напряжения и тока, которые подают сигнал на переключение режима сварки.

— На глубину проплавления точки наиболее эффективно влияет сварочный ток. С его повышением увеличиваются диа­ метр и усиление точки. Сварку следует выполнять на токе, максимально допустимом для данной толщины металла. На­ пряжение дуги оказывает влияние на форму точки. При недо­ статочном напряжении в центре точки образуется углубление, а при завышенном — бугорок. Оптимальное напряжение зави­ сит от сварочного тока и диаметра электрода. При сварке точки глубина проплавления растет в первый период горения дуги. В дальнейшем глубина проплавления растет незначи­ тельно, увеличивается только усиление.

Сварку металла толщиной до 2 мм обычно выполняют без изменения тока в процессе сварки точки. При этом путем вы­ бора напряжения можно получить хорошее формирование точки с достаточной глубиной и шириной проплавления. При большей толщине металла рекомендуется выполнять сварку с изменением сварочного тока. После начала сварки точки силу тока увеличивают, а в конце уменьшают и одновременно повы­ шают напряжение. Это обеспечивает глубокое проплавление, хорошую форму электрозаклепки и позволяет регулировать термический цикл при сварке. Для увеличения сечения про­ плавления и прочности электрозаклепки сварку рекомендуют выполнять с круговым перемещением электрода, а иногда де­ лать отверстия в верхнем листе.

Прочность отдельной точки зависит от толщины металла и сечения электрозаклепки. Работоспособность электрозаклепоч­ ных и точечных соединений при знакопеременной и ударной нагрузках в ряде случаев выше, чем соединений, выполненных сплошными швами. Контроль качества электрозаклепок на ме­ талле малой толщины осуществляют по их внешнему виду с обеих сторон. При нарушении газовой защиты, превышении зазоров в соединении, наличии большого загрязнения листов и использовании ржавой проволоки в электрозаклепках обра­ зуются поры. Трещины в электрозаклепках и точках появля­ ются в основном при сварке высокоуглеродистых сталей и при повышенных режимах сварки.

Г л а в а 4 С В А РК А П О Д Ф Л Ю С О М

4.1. О бщ ие сведения

Дуговая механизированная сварка под флюсом отличается от других широко применяемых способов сварки плавлением наи­ большей производительностью и лучшими гигиеническими ус­ ловиями труда, высоким уровнем механизации сварочных ра­ бот. В этом процессе электродная проволока плавится дугой под слоем флюса (сыпучего гранулированного вещества). Флюс как важнейшая технологическая составляющая обеспечивает ведение процесса, требуемое качество швов и применяется при сварке и наплавке под флюсом, сварке по флюсу, сварке с маг­ нитным флюсом, а также при электрошлаковой сварке и на­ плавке.

Сварочная дуга 4 (рис. 4.1) горит между изделием 1 и концом свароч­ ной проволоки 3. Под воздействием дуги проволока плавится и по мере рас­ плавления подается в зону сварки. Дуга закрыта слоем флюса 2. Сварочная проволока (а вместе с ней и дуга) перемещается в направлении сварки с по­ мощью специального механизма (автоматическая сварка) или вручную (полу­ автоматическая сварка). Под влиянием теплоты дуги плавятся также основ­ ной металл и флюс. Расплавленные проволока, флюс и основной металл обра­ зуют сварочную ванну. Флюс в виде жидкой пленки 5 покрывает зону сварки, изолируя ее от воздуха. Расплавленный дугой металл сварочной проволоки каплями переносится в сварочную ванну, где смешивается с расплавленным основным металлом 9. По мере удаления дуги металл сварочной ванны начи­ нает охлаждаться, так как поступление теплоты к нему уменьшается, а затем затвердевает, образуя шов 8. Расплавленный флюс (шлак) покрывает поверх­ ность металла и остается жидким еще некоторое время после того, как ме­ талл уже затвердел. Затем затвердевает и флюс, образуя на поверхности шва шлаковую корку 6. Избыточная нерасплавленная часть флюса 7 отсасывается или убирается другим способом и используется повторно.

Роль флюса при сварке. Флюс влияет на устойчивость дуги, формирование и химический состав металла шва; в значитель­ ной мере определяет стойкость швов против образования пор и кристалдизационных трещин; от его состава зависит сила •сцепления шлаковой корки с поверхностью шва. При плавле­ нии флюса выделяются газы и пары. Наличие во флюсе оксидов щелочных и щелочно­ земельных металлов увеличи­ вает электрическую проводи­ мость и длину дугового про­ межутка, что повышает устой­ чивость процесса сварки; на­ личие соединений фтора, на­ против, снижает эти показа­ тели. Таким образом, флюсы обладают разными стабилизи-

рующими свойствами в зависимости от их химического со­ става.

На форму шва оказывают существенное влияние стабилизи­ рующие свойства флюса, его насыпная масса и гранулометриче­

ский состав. Укорачивая дугу, флюс с плохими стабилизирую­ щими свойствами приводит к формированию узких твой с боль­ шой глубиной проплавления и высоким усилением. Флюс с хо­ рошими стабилизирующими свойствами удлиняет дугу, дает ши­ рокие швы с малым проплавлением и небольшой высотой уси­ ления.

Влияние насыпной массы флюса обычно четко проявляется при сравнении швов, сваренных под стекловидными и пемзовидными плавлеными флюсами одинакового химического состава. В первом случае (насыпная масса 1,4—* 1,7 г/см3) требуется вдвое больше энергии на его плавление, чем во втором

глубиной проплавления основного металла и с большей высотой усиления, чем при использовании крупнозернистого флюса.

Внешний вид шва в значительной мере определяется равномерностью кристаллизации затвердевающего металла, зависящей от состояния свароч­ ной ванны. «Кипение» сварочной ванны вследствие выгорания углерода и выделения растворимых в металле газов значительно ухудшает внешний вид шва. Повышенная окисленность флюса способствует интенсивному выгора­ нию углерода, «кипению» сварочной ванны, ухудшению внешнего вида шва.

В зависимости от скорости изменения показателей вязкости с повышением температуры различают «длинные» и «короткие» флюсы. Изменение вязкости «длинного» флюса с температурой происходит значительно медленнее, чем «короткого». Для кольцевых швов малого диаметра более пригодны корот­ кие флюсы, потому что их шлак быстро твердеет и надежно удерживает сварочную ванну от стекания.

Влияние флюса на химический состав металла шва. Во время сварки плавлением происходит взаимодействие между

жидким шлаком и металлом. Длительность этого взаимодейст­ вия обычно очень невелика и при дуговой сварке может коле­ баться от нескольких секунд до 1 мин. При ЭШС шлак и ме­ талл взаимодействуют дольше (до нескольких минут). Взаимо­ действие прекращается после затвердевания металла и шлака. Несмотря на кратковременность реакции, взаимодействие между шлаком и металлом при дуговой сварке, как правило, проходит очень энергично, что обусловлено высокими температурами рас­ плавленных металла и шлака, значительными поверхностями их контакта и относительно большим количеством шлака (в среднем 30—40 % массы металла при сварке под флюсом и до 10% массы металла при сварке по флюсу). В связи с не­ большим расходом флюса при ЭШС жидкие металл и шлак взаимодействуют слабо.

Образующийся HF нерастворим в жидком металле, поэтому содержание водорода в металле шва и вероятность образования пор уменьшаются. Пре­ имущественное значение имеют реакции (4.3)—(4.5), т. к. без SiO^ во флюсе связывание водорода фтором неэффективно. Таким образом, наибольшей стой­ костью против водородной пористости обладают высококремнистые флюсы.

Флюсы одинакового химического состава, но с разным строением зерен по-разному влияют на образование пор в металле шва. Флюсы пемзовидного строения намного эффективнее предотвращают образование пор в шве, чем стекловидные. Объясняется это тем, что выделение газообразных фторидов, связывающих водород в зоне горения дуги, начинается до расплавления флюса (примерно с 600 *С) с поверхности зерен. Чем более развита поверхность зе­ рен, тем больше выделяется газообразных фторидов и тем интенсивней свя­ зывается водород в сварочной ванне в нерастворимые соединения. Макси­ мально развитую поверхность, а следовательно, и стойкость швов против об­ разования пор имеют пемзовидные флюсы.

Влияние флюса на стойкость швов против образования кри­ сталлизационных трещин. Изменяя содержание в металле шва углерода, серы, марганца и других элементов, флюс оказывает существенное влияние на стойкость швов против кристаллиза­ ционных трещин. Увеличение содержания углерода и серы в шве снижает, а увеличение содержания марганца повышает стойкость сварных швов против образования кристаллизацион­ ных трещин. Наиболее высокую стойкость швов против образо­ вания трещин при сварке малоуглеродистых и низколегирован­ ных сталей обеспечивают высококремнистые флюсы с высоким содержанием оксидов марганца (35—40%).

Весьма вредной примесью в шве, оказывающей резко отри­ цательное влияние на его стойкость против образования тре­ щин, является сера, поэтому следует всемерно снижать ее со­ держание в металле шва. Необходимо применять флюсы с воз­ можно более низким содержанием серы и вводить в сварочную ванну элементы, препятствующие переходу серы в металл шва. Таким элементом прежде всего является марганец. Восстанав­ ливаясь из флюса и переходя в металл сварочной ванны, он

связывает серу в малорастворимое в жидком металле соедине­ ние MnS, которое в дальнейшем переходит в шлак. При содер­

жании во флюсе >25 % МпО сера почти не переходит из флюса в металл шва. Повышение содержания марганца в ме­ талле сварочной ванны и введение в нее алюминия и титана также препятствует переходу серы из шлака в металл, тем са­ мым повышая стойкость против образования кристаллизацион­ ных трещин.