3.2.1. Способы сварки плавлением

Способы сварки плавлением в производстве сварных конструкций используются не в одинаковой степени. Наиболее распространены дуговые способы плавящимся электродом – сварка покрытыми электродами, полуавтоматические и автоматические способы сварки проволокой сплошного в среде защитных газов, под флюсом порошковой проволокой, самозащитной проволокой.

Дуговые способы обладают различными техническими характеристиками и экономическими показателями, поэтому выполняются с различной эффективностью.

В нашей стране в промышленности к началу 80-х годов соотношение было таково: 32 % – сварка штучными электродами, 51 % – полуавтоматическим способом сварки (в защитных газах сплошной и порошковой проволокой и под флюсом), 14 % – автоматической сваркой под флюсом и в защитных газах и около 3 % – другие дуговые способы сварки плавлением. В целом же по народному хозяйству доля РДС выше – 41 %, а суммарная доля автоматических и полуавтоматических способов сварки – 55 %.

Остановимся на общих характеристиках этих способов сварки.

РДС обладает относительно низкой производительностью. Коэффициент наплавки a_н составляет 7–14 г/А·ч, в то время как при сварке под флюсом 14–20 г/А·ч и при сварке в СО₂ 12–24 г/А·ч. Применяя диаметр проволоки 3–6 мм, сварку ведут на токе 200–350 А, при этом плотность составляет 10–18 А/мм². В то же время более производительная сварка под флюсом проводится в основном диаметром 2–6 мм на токах 200–1200 А при плотности 35–125 А/мм². Повышение же скорости плавления металла при РДС за счёт увеличения диаметров электродов тока является нежелательным, так как приводит к ухудшению формирования шва, затрудняет сварку в вертикальном и потолочном положениях.

РДС относится к трудоёмким способам, поэтому выполняется рабочими более высокой квалификации.

Сварка покрытыми электродами имеет ряд разновидностей, характеризующихся различной производительностью. К ним можно отнести сварку электродами диаметром 8–10 мм, повышение производительности на 15–30 %, сварку спаренным электродом – на 20–40 %, при сварке пучком электродов – на 40–50 %. Имеют применение и другие разновидности, например добавление в покрытие проволоки железного порошка.

РДС достаточно универсальна, маневренна и имеет относительно низкие капитальные затраты, в то же время недостатки её при значительных объёмах применения отрицательно влияют на показатели производства сварных конструкций.

Полуавтоматические механизированные способы сварки сплошной и порошковой проволоками в защитных газах.

При изготовлении сварных конструкций предпочтение отдаётся полуавтоматической сварке в защитных газах. Сварка сплошной проволокой выполняется в СО₂, в смесях СО₂+Аr или СО₂+Аr+О₂.

Преимущества:

1) высокая степень концентрации энергии дуги, что увеличивает глубину проплавления, а при повышении скорости сварки имеет малую зону структурных превращений и вызывает малые деформации конструкций;

2) при полуавтоматической сварке можно выполнять швы без перерывов, уменьшить остановки, тогда отпадает необходимость заварки кратеров;

3) высокая производительность способа с малыми трудовыми затратами и расходом электронной проволоки;

4) проще техника сварки, так как ванна не закрыта шлаком.

Недостатки:

1) необходимость газовой защиты жидкой ванны;

2) малая маневренность из-за привязанности сварной горелки к подающему механизму полуавтомата и меньшей доступности в стеснённых местах в сварных конструкциях.

При сварке сплошной проволокой диаметром 1,2–1,6 мм на обратной полярности в чистом СО₂ потери проволоки на разбрызгивание и угар могут достигать 10–12 %, это не только снижает эффективность способа, но и ухудшает формирование шва, вызывает дополнительные затраты на зачистку горелки и поверхности металла от брызг. Поэтому полуавтоматическую сварку сплошной проволокой производят в смесях Аr + (10–20 %) СО₂ или 75 % Аr + 20 % СО₂ + + 5 % О₂, что снижает потери проволоки на разбрызгивание до 2,5–5 %. Существуют и другие меры борьбы с разбрызгиванием: сварка с оптимальной скоростью, поддержание постоянства длины дуги за счёт стабилизации напряжения источника питания, скорости подачи проволоки и вылета электрода, очистка проволоки от ржавчины, прокаливание её при Т = 200–250º в течение двух часов, выполнение сварки импульсной дугой.

Кроме полуавтоматической сварки в защитных газах, при сварке швов сечением свыше 30 мм иногда применяют полуавтоматическую сварку под флюсом. Техника выполнения сварки при этом требует соответствующего навыка.

Исходя из техники сварки, производительности, трудоёмкости полуавтоматические способы во многих случаях целесообразно применять вместо РДС штучными электродами.

Автоматизированные способы сварки

Из этих способов наиболее широко применяется дуговая сварка сплошной проволокой под флюсом и в защитных газах, а также ЭШС.

В этом случае механизируются и автоматически выполняются все операции, сопутствующие сварке, за исключением ручного включения автомата в работу. Следует отметить, что в производстве сварных конструкций необходимы способы и оборудование с ручным уровнем механизации и автоматизации операции сварки. Эта необходимость вызвана различной эффективностью применения оборудования в конкретных условиях, которые диктуются конструктивными особенностями изделий, их серийностью, требованиями к ним и их производству и т.д.

Автоматические способы производительны, обеспечивают высокое качество сварных соединений. Несмотря на высокую производительность, высокое качество сварных соединений, экономию сварных материалов и электроэнергии они в производстве сварных конструкций применяются ещё недостаточно. Среди способов сварки плавящимся электродом на долю автосварки под флюсом и в защитных газах приходится 13,6 %, а на ЭШС всего 0,8 %. Это объясняется рядом обстоятельств, к основным из которых можно отнести следующие: недостаточную универсальность этих способов и технологичность создаваемых сварных конструкций, невозможность выполнения швов в труднодоступных местах, сложность сварки криволинейных швов и швов, располагающихся в различных пространственных положениях, необходимость создания специализированных рабочих мест и оснащение их соответствующим вспомогательным оборудованием и дополнительные затраты на это оборудование, исключающие нормативную окупаемость. Для более полного их использования необходимо создать соответствующие организационные условия и переоснастить действующие производства сварных конструкций.

В настоящее время развитие и расширение автоматизированных способов сварки осуществляется:

• за счёт применения различных по назначению и конструктивному исполнению подвесных сварочных автоматов и тракторов и автоматических манипуляторов с программным управлением – промышленных роботов.

Подвесные автоматы с полной автоматизацией сварочных операций управляются дистанционно по жёсткой программе и могут выполнять поиск шва, возбуждение процесса сварки, копирование шва, заварку кратера и возврат в исходное положение. Высокая производительность процесса и качества сварки ставит автоматические дуговые способы сварки плавящимся электродом вне конкуренции.

ЭШС может выполняться электродными проволоками, плавящимся мундштуком с различными присадками и т.д. Соединения в основном стыковые δ от 50 до 60 мм и практически до любых толщин. Такие соединения, кроме ЭШС, можно выполнять многопроходной дуговой сваркой в узкий зазор. При этом соединения обладают высокими свойствами, и для снятия остаточных напряжений требуется только высокий отпуск.

В отдельных случаях применяется автоматическая дуговая точечная сварка (АДТС). Она выполняется в СО₂ при сварке деталей нахлесточных соединений δ = 5–6 мм без предварительной пробивки отверстий, а также под слоем флюса при сварке деталей больших толщин по предварительно высверленным отверстиям. Соединения качественные, процесс легко автоматизируется, могут выполняться без снятия окалины на горячекатаном прокате. Она оказывается более перспективной при изготовлении крупногабаритных плоскостных конструкций, где доступ сварочного инструмента возможен только с одной стороны.

Среди дуговых способов сварки имеется перспективный способ сварки неплавящимся электродом (вольфрамовым и др.) в среде инертных газов (в основном Ar). Им свариваются конструкции из Al, Mg, Ti сплавов, нержавеющих сталей. Соединения в основном стыковые, бортовые, толщина металла 3–4 мм без разделки кромок. С применением присадочной проволоки можно сваривать угловые швы в тавровых и нахлесточных соединениях, а стыковые – δ > 4 мм, но с обязательной разделкой кромок.

В группу сварки неплавящимся электродом входит и сварка угольным электродом, осуществляемая в СО₂ или без защиты.