книги из ГПНТБ / Фоминых В.П. Электросварка учеб. для проф.-техн. училищ

жия. Применение этого способа сварки позволяет не­ сколько уменьшить число перерывов на смену электродов и на 10—15% сократить расходы сварочных материалов. Недостатком этого способа сварки является некоторое ухудшение условий манипулирования электродом и пере­ грев электрододержателя.

В о п р о с ы д л я с а м о п р о в е р к и

1. Какие высокопроизводительные способы ручной сварки су­ ществуют?

2.В чем сущность повышения производительности сварки пуч­ ком электродов и наклонным электродам?

3.Каковы особенности трехфазной сварки, ее преимущества и не­

достатки?

Г Л А В А XIV

ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ

ПОД ФЛЮСОМ, ПОРОШКОВОЙ и ГОЛОЙ ПРОВОЛОКАМИ

§60. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ

по д ФЛЮСОМ

Электродная проволока. При полуавтоматической сварке под флюсом электродная проволока является од­ ним из основных элементов, определяющих качество сварного соединения. Для сварки под флюсом применя­ ют три вида проволоки: углеродистую, легированную и высоколегированную.

Поверхность поставляемой проволоки должна быть чистой, гладкой, без окалины, ржавчины и масла. Прово­ лока поставляется в мотках, либо в специальных ка­ тушках.

Каждый моток должен быть перевязан мягкой прово­ локой в трех или четырех местах, равномерно располо­ женных по окружности мотка. К мотку прикрепляют бир­ ку, на которой указывают наименование или товарный знак предприятия-поставщика, наименование проволоки, марку стали (проволоки), диаметр проволоки и номер стандарта, по которому стандартизируется проволока.

210

Каждую партию проволоки сопровождают сертификатом, в котором указывают наименование предприятия-постав­ щика, наименование проволоки, марку стали (проволо­ ки), номер плавки, диаметр проволоки, химический со­ став стали, результаты испытаний, вес проволоки (нетто) и номер стандарта (ГОСТа).

Сварочная дуга под флюсом

Сварочная дуга возбуждается между голой электрод­ ной проволокой под слоем сыпучего флюса и сваривае­ мым металлом. После возбуждения дуги за счет высокой ее температуры возникает флюсовый пузырь, который образуется парами и газами, выделяющимися в столбе в процессе горения дуги. Таким образом, после возбуж­ дения сварочная дуга горит в флюсовом пузыре. В флю­ совом пузыре парами и газами создается давление поряд­ ка 5—9 кгс/см2. Давление столба дуги, газов и паров ме­ талла, находящихся в пузыре, способствует вытеснению жидкого металла из-под основания сварочной дуги, в ре­ зультате чего дуга заглубляется в основной металл.

Флюсовый пузырь предупреждает потери металла на угар и разбрызгивание. Повышение величины сварочного тока увеличивает глубину проплавления и коэффициент наплавки, а следовательно, увеличивается количество расплавленного электродного металла. Стабильность го­ рения дуги иод флюсом зависит от соотношения между количеством расплавляемого электродного металла и ко­ личеством поступаемого в сварочную дугу электродного металла. При увеличении скорости передвижения свароч­ ной дуги под флюсом уменьшаются глубина проплавле­ ния, ширина и высота шва, что объясняется уменьшением количества тепла дуги, вводимого на единицу протяжен­ ности сварного шва. Если оставить постоянными скорость сварки, величину сварочного тока, то при увеличении напряжения на сварочной дуге, горящей под флюсом, увеличивается длина дуги, что приводит ее к подвижно­ сти. Сварочная дуга под флюсом может протекать как при использовании переменного тока, так и постоянного. В свою очередь сварочная дуга постоянного тока может быть прямой или обратной полярности. Слой нерасплав­ ленного флюса мешает газовому пузырю разорваться. Когда слой флюса прорывается и наружу выходит газ, то это указывает на недостаток флюса. При сварке дугой,

горящей под флюсом, применяют большую плотность тока, чем при ручной дуговой сварке штучными элек­ тродами. Это объясняется тем, что в первом случае рас­ стояние от токоподводящего мундштука до сварочной ду­ ги не превышает 60—100 мм. Поэтому меньше теряется тепла за счет излучения, а дуга под флюсом является бо­ лее сосредоточенным источником, чем открытая дуга. В то же время температура дугового промежутка практи­ чески не увеличивается из-за больших затрат энергии на плавление и испарение металла и флюса. При увеличе­ нии давления в газовом пузыре за счет давления слоя флюса возрастает и плотность тока. Давление газов из­ меняется почти пропорционально сварочному току.

Металлургия сварки под флюсом

Флюсы для автоматической и полуавтоматической сварки по способу производства разделяются на плавле­ ные и неплавленые (керамические). П л а в л е н ы е ф л ю - с ы — это искусственно приготовленные силикаты слож­ ного состава с добавкой фтористых солей, сплавленные в электрических или пламенных печах и измельченные после сплавления в крупку до определенной грануляции. При сварке легированных сталей применяют флюсы, не содержащие кремнезема, и построенные, в основном, на фтористых солях (CaF2 , NaF и др.) с добавлением проч­ ных окислов (СаО, MgO, A I 2 O 3 ) . К е р а м и ч е с к и е фл ю с ы — механическая смесь порошкообразных компо­ нентов, связанных между собой раствором или спеканием и раздробленная в виде крупки до определенной грану­ ляции.

При полуавтоматической и автоматической сварке сталей флюсы защищают жидкий металл в зоне дугово­ го разряда от влияния кислорода и азота воздуха, хими­ чески воздействуют с жидким металлом, а также леги­ руют сварочную ванну. Защитные свойства флюса зави­ сят от его физического состояния (стекловидный или пемзовидный) и грануляции. В зависимости от химического состава флюса й сварочной ванны флюс либо вступает в химическое взаимодействие с жидким металлом, либо остается пассивным.

Ф л ю с ы — силикаты в своем составе имеют два типа окислов: основные и кислотные, поэтому носят основной или кислотный характер.

212

Основные флюсы обычно применяются при сварке ле­ гированных сталей, когда кремневосстановнтельный про­ цесс отрицательно влияет на формирование сварного шва.

При сварке под флюсом имеется три фазы: шлаковая (флюсовая), газовая и металлическая. Между этими фа­ зами в процессе горения сварочной дуги под флюсом про­ исходят обмеино-восстановителыіые реакции.

В наиболее горячей части сварочной ванны на грани­ це раздела между металлической и шлаковой фазами протекает реакция:

Круглые скобки () обозначают, что соединение нахо­ дится в виде шлака, а квадратные [] —элемент раство­ рен в расплавленном металле сварочной ванны.

Эта реакция протекает в том случае, если концентра­ ция кремнекнслоты во флюсе будет высокой при низкой концентрации закиси железа (FeO) в нем, и низкой кон­ центрации кремния в сварочной ванне. Закись железа, образующаяся по приведенной реакции, преимуществен­ но переходит в шлак и частично в металл, следовательно металл шва обогащается одновременно кремнием и кис­ лородом (закисью железа). При этом следует отметить, что повышение кислотности флюса может привести к вы­ сокому содержанию в сварочной ванне кремния, который восстановился из флюса. Приведенная реакция имеет очень важное значение в тех случаях, когда производится сварка низкоуглеродистых кипящих сталей. Наличие кремния в жидком металле, восстановленного из флюса, не менее 0,2%, позволяет ликвидировать и подавить раз­ витие в кристаллизующейся части сварочной ванны реак­ ции образования СО и получить плотный шов.

Отрицательной стороной реакции является засорение сварного шва силикатными включениями.

Наличие высокой концентрации закиси марганца (МпО) во флюсе и низкой концентрации закиси железа в нем, на границе между металлической и шлаковой фазами протекает реакция восстановления (окисления) марганца.

(МпО) + Fe« == (FeO) + [Мп].

Восстановлению марганца способствует высокая кон­ центрация МпО во флюсе, повышение основности флюса и низкое содержание окислов железа во флюсе, следова­ тельно, при малых концентрациях МпО во флюсе проис-

2(3

ходит окисление марганца, а при достаточно высокой концентрации его восстановление. Восстановление мар­ ганца из флюса содействует повышению концентрации закиси железа в системе металл —• шлак и, следователь­ но, к некоторому окислению жидкого металла в зоне плавления.

Развитию кремне- и марганцевовосстановптельных реакций способствует тот флюс, который является хими­ чески активным к расплавленному металлу сварочной ванны. В этом случае происходит окисление углерода, при котором следует учитывать два обстоятельства:

1)окисление углерода, происходящее в высокотемпе­ ратурной части сварочной ванны, приводит к раскисле­ нию жидкого металла;

2)окисление углерода, совершающееся в кристалли­ зующейся части сварочной ванны, способствует образо­ ванию пор в металле шва.

Сцелью погашения образования реакции окисления углерода в кристаллизующейся части сварочной ванны, необходимо в ней иметь определенное содержание крем­ ния (не ниже 0,1%), позволяющее получить плотный шов.

Всварочных флюсах содержится некоторое количест­ во (до 0,15%) серы, которая является одной из наиболее

вредных примесей в металле шва. Сера, в зависимости от условий, переходит из флюса в металл, или наоборот. Благоприятные условия "перехода серы в металл шва (сварочную ванну) бывают тогда, когда она находится во флюсе в виде сульфида железа — FeS, который хорошо растворяется в жидком железе. Во флюсах, имеющих вы­ сокое содержание марганца, сера бывает связана в суль­ фид марганца (MnS), который плохо растворяется в же­ лезе. В сварочной ванне возможны следующие химиче­ ские реакции:

(MnS) + Fe« = [FeS] + [Мп]. (MnS) + [FeO] = [FeS] + [МпО].

Превращение MnS в FeS в сварочной ванне происходит тогда, когда созданы окислительные условия и наличие малой концентрации марганца в металле. Торможению процесса превращения MnS в FeS способствует высокая концентрация марганца в металле и закиси марганца (МпО) в шлаке.

Сульфид железа FeS является вредной примесью в металле шва. В период кристаллизации сульфид железа

214

образует в междендритных пространствах легкоплавкую эвтектику FeS-Fe (температура плавления около 940°С), способствующая образованию горячих трещин.

В процессе сварки под высокомарганцовистыми флю­ сами — фосфор переходит из флюса в металлическую ванну. Этот процесс происходит тем полнее, чем выше

сом. Сущность полуавтоматической сварки под флюсом заключается в следующем: по мере перемещений вруч­ ную держателя полуавтомата из установленной на нем воронки в зону сварки подается флюс, который закрыва­ ет поверхность изделия и электродную (сварочную) про­ волоку на высоте 40—50 мм. Дуга, возбуждаемая меж­ ду свариваемым изделием ) и электродной проволокой 2, горит под слоем флюса 3 (рис. 87). При этом происхо­ дит плавление кромок свариваемого изделия, электрод­ ной проволоки и флюса. Затвердевший металл ванны образует шов 4, который покрывается образующейся в процессе сварки шлаковой коркой 5, легко удаляемой после остывания. Нерасплавившийся флюс собирают после сварки и используют вторично.

Сварку под флюсом выполняют переменным и посто­ янным током.

Металл сварного шва, выполненного под флюсом, со­ стоит примерно из '/з расплавленного присадочного ме­ талла и % переплавленного основного металла.

Отношение веса расплавленного флюса к весу рас­ плавленного присадочного металла составляет приблизи­ тельно 1:1.

При полуавтоматической сварке под флюсом (рис.88) сварочная проволока малого диаметра из кассеты / по специальному гибкому шлангу 2 передвигается подаю­ щим механизмом 3 к держателю 4, из которого она по-

215

ступает в зону сварки. Сварочный ток подводится к дер­ жателю через гибкий шланг 2. Флюс в зону сварки пода­ ется либо пневматически сжатым воздухом по шлангу, либо за счет собственного веса из воронки держателя 4.

I

Рис. 88. Схема поста полуавтоматической сварки под флюсом:

г— нахлесточных швов

Впроцессе сварки сварщик перемещает держатель полуавтомата вручную вдоль линии шва. Полуавтомати­ ческой сваркой под флюсом можно выполнять различные типы сварных соединений (рис. 89).

При полуавтоматической сварке для получения каче­ ственных сварных швов применяют флюс более мелкой

216

грануляции, чем при автоматической сварке под флюсом. Полуавтоматическую сварку под флюсом выполняют по ручной подварке, на стальной и медной подкладках,

на флюсовой подушке и на весу.

Полуавтоматическую сварку по ручной подварке при­ меняют в тех случаях, когда полуавтоматическая подварка невозможна, например, при сварке кольцевых швов цилиндрических изделий небольшого диаметра,

Рис. 90. Схема полуавтоматической сварки под флюсом:

Медную удаляемую подкладку (рис. 90, а) применя­ ют при сварке тонких листов, при этом требуется доста­ точно точная сборка и надежное прижатие кромок к мед­ ной подкладке по всей длине шва (максимальный зазор 0,25—0,5 мм). Для получения валика в зоне корня шва в медной подкладке делают канавку, иногда ее засыпают флюсом.

Стальную остающуюся подкладку (см. рис. 90, а) применяют при сварке тонких листов, причем допускает­ ся больший зазор между стыкуемыми элементами, чем при сварке на медной подкладке, а зазоры между под­ кладкой и изделием должны быть не больше 1 мм. Разно­ видностью сварки на остающейся стальной подкладке является сварка в замок (рис. 90,6), которая применя­ ется при наложении кольцевых швов на толстостенных цилиндрах малого диаметра.

При использовании флюсовой подушки (рис, 90, а) требуется меньшая точность сборки, чем при сварке па медной подкладке; хорошие результаты получаются как при однопроходной сварке с полным проваром всей тол­ щины листа, так и при подварке с обратной стороны дву­ стороннего стыкового шва.

Для полуавтоматической сварки под флюсом приме­ няются полуавтоматы ПШ-5, ПДШМ-500 п др.

217

В о п р о с ы д л я с а м о п р о в е р к и

1.Какие типы проволоки применяют для сварки?

2.Как классифицируют сварочные флюсы?

3. Когда при сварке применяют кислые и когда основные флюсы?

§ 61. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ ПОРОШКОВОЙ И ГОЛОЙ ПРОВОЛОКАМИ

Сварка порошковой проволокой. Порошковая прово­ лока представляет из себя свернутую ленту, заполненную

ПП-АНЗ, ПП-АН4, ПП-АН5, ПП-АН6, ПП-АН7, ПП-АН8, ЭПС-15/2 и др.

Преимуществом сварки порошковой проволокой перед

ки имени Е. О. Патона разработан способ сварки голой легированной проволокой без защитной среды (для этой цели разработаны проволоки ЭП-245, ЭП-317 и ЭП-439). Сущность этого способа заключается в том, что сварка производится без применения какого-либо защитного газа

ифлюса. Отличительной особенностью проволоки явля­ ется дополнительное легирование ее церием. Введение це­ рия в состав проволоки повышает стабильность горения дуги, а также связывает серу и кислород. Образующаяся в сварочной ванне закись железа раскисляется кремнием, марганцем, алюминием и титаном, которые также вво­ дятся в состав проволоки.

Указанными марками проволок выполняют сварку по­ стоянным током прямой полярности при помощи полу­ автоматов А-537, А-547, ПШ-5, ПДШМ-500, А-765, А-1114

идр.

218

В о п р о с ы д л я с а м о п р о в е р к и

1.Что называется порошковой проволокой?

2.Какие марки порошковых проволок существуют?

Г Л А В А XV

О Б О Р У Д О В А Н И Е И Т Е Х Н О Л О Г И Я Д У Г О В О Й С В А Р К И В З А Щ И Т Н Ы Х Г А З А Х

§ 62. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Дуговая сварка в защитных газах имеет высокую производительность, легко поддается автоматизации, и позволяет выполнять соединение металлов без примене­ ния электродных покрытий и флюсов. Этот способ сварки нашел широкое применение при изготовлении конструк­ ций из сталей, цветных металлов и их сплавов.

Классификация способов дуговой сварки в защитных газах приведена на рис. 91.

Дуговая сварка в защитных газах может быть вы­ полнена плавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродами.

Для защиты зоны сварки используют инертные газы гелий и аргон, а иногда активные газы — азот, водород и углекислый газ. Применяют также смеси отдельных газов в различных пропорциях. Такая газовая защита оттесняет от зоны сварки окружающий воздух. При свар­ ке в монтажных условиях или в условиях, когда возмож­ но сдувание газовой защиты, используют дополнительные защитные устройства. Эффективность газовой, защиты зоны сварки зависит от типа свариваемого соединения и скорости сварки. На защиту влияет также размер соп­ ла, расход защитного газа и расстояние от сопла до изделия (оно должно быть 5—40 мм).

Преимущества сварки в защитных газах следующие: нет необходимости применять флюсы или покрытия,

следовательно, не требуется очищать швы от шлака; высокая производительность и степень концентрации

тепла источника позволяет значительно сократить зону структурных превращений;

незначительное взаимодействие металла шва с кис­ лородом и азотом воздуха;

219