Основные виды сварочных соединений

Сты-ковые		Угло-вые
Внах-лестку		Прорезные
Тавро-вые		С отбортов- кой кромок

Полная тепловая мощность дуги

Q = k · I_св ·U_д ,

где k  коэффициент несинусоидальности напряжения и тока (для постоянного тока k = 1, для переменного k = 0,7…0,9);

I_св  сварочный ток;

U_д  напряжение дуги.

Большинство металлов и сплавов при сварке плавлением взаимодействуют с окружающей атмосферой. Особенно активно реагирует расплавленный металл. В результате взаимодействия с окружающей средой происходит окисление металла, а также растворение в нем азота и водорода. Это приводит в подавляющем большинстве случаев к ухудшению свойств металла шва и сварных соединений. При сварке плавлением необходима защита металла от контакта с воздухом.

Шлаковая защита использует флюсы и покрытия, образующие шлаки с определенными физико-химическими свойствами. Шлаки условно можно разделить на две группы: активные (наряду с защитой осуществляют раскисление, связывание серы и фосфора, легирование); пассивные (только защита).

Газовая защита  защита инертными и активными газами. Инертные газы  аргон, гелий. Активный газ  углекислый газ. Его используют для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей для защиты от азота воздуха.

Впервые явление электрической дуги было открыто в 1802 г. русским физиком профессором С.-Петербургской академии наук Василием Владимировичем Петровым. Первым практически применил дугу для целей сварки в 1882 г. русский инженер Николай Николаевич Бенардос, который предложил способ соединения металлических частей неплавящимся угольным электродом (рис. 1, а). Русский инженер Николай Гаврилович Славянов в 1889 г. заменил неплавящийся угольный электрод плавящимся металлическим (рис. 1, б).

Н. Н. Бенардос впервые предложил применять при сварке защиту ванны газом. Н. Г. Славянов впервые выдвинул идею о необходимости защиты ванны ферросплавами и стеклом, что привело к созданию покрытых электродов, а также сварки под слоем гранулированного флюса.

Постоянный ток Постоянный или переменный ток

а б

Рис. 1. Схемы электродуговой сварки:

а - способ Н. Н. Бенардоса; б – способ Н. Г. Славянова

Вольфрамовые электроды:  0,2…12 мм; L = 75; 140; 170 мм. Графитовые и угольные электроды:  5…25 мм; L = 200…300 мм.

Плавящиеся электроды выполняют из стальной проволоки трех групп: низкоуглеродистая (Св-08А, Св-10ГС …); легированная (Св-18ХМА, Св-10Х5М …); высоколегированная.

Электроды классифицируются по назначению, типу покрытия, химическому составу.

По назначению  на 4 класса:

1) для сварки углеродистых и легированных сталей;

2) легированных жаропрочных сталей;

3) высоколегированных сталей с особыми свойствами;

4) для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

По типу покрытия:

1) стабилизирующие;

2) защитные;

3) легирующие.

По химическому составу:

1) кислые;

2) основные;

3) рутиловые;

4) целлюлозные.

При сварке плавящимся электродом количество наплавленного металла или средняя скорость наплавки определяется следующим образом:

G _н = _н · I_д,

где _н  коэффициент наплавки, г/(Ач) (при ручной дуговой сварке _н = 7…10 г/(Ач).

Шлаковая защита при дуговой сварке  за счет расплавления флюсов (более надежная защита), электродных покрытий. При сварке покрытыми электродами происходит плавление стержня и покрытия. Расплавляющееся покрытие образует шлак и газы. Шлак обволакивает капли металла, образующиеся при плавлении электродной проволоки. В ванне шлак перемешивается и, всплывая на ее поверхность, образует шлаковый покров, предохраняющий металл от взаимодействия с кислородом и азотом воздуха. Кроме того, при всплывании на поверхность ванны шлак, взаимодействуя с расплавленным металлом, очищает его.

Образующиеся при расплавлении покрытия газы оттесняют воздух из реакционной зоны (зоны дуги) и таким образом способствуют созданию лучших условий для защиты.

При сварке для электродов диаметром 3…6 мм рекомендуется следующее соотношение:

I_д = (20 + 6d) · d,

где d  диаметр стержня электрода, мм.

Допустимые значения тока при этом 100…350 А.

Сварка под флюсом  сущность сварки заключается в применении непокрытой сварочной проволоки и гранулированного флюса, насыпаемого впереди дуги слоем определенной толщины. Сварку ведут дугой, горящей под слоем флюса в пространстве газового пузыря, образующегося в результате выделения паров и газов в зоне дуги. Сваркой под флюсом соединяют многие металлы: стали; алюминий; титан; медь и их сплавы. Для алюминиевых сплавов используют сварку открытой дугой по небольшому слою флюса.

Для обеспечения равномерного сквозного проплавления свариваемых элементов выбирают различную технологию сварки и рациональную форму подготовки кромок.

Отбортовку кромок применяют при сварке пластичных металлов толщиной до 3 мм. Высоту отбортовки в большинстве случаев принимают равной удвоенной толщине свариваемых элементов. Радиус изгиба при отбортовке обычно принимают равным толщине кромок.

Разделку кромок применяют, когда односторонняя или двусторонняя сварка не позволяет их проплавление на всю толщину (рис. 2). Конструктивные элементы сварного шва представлены на рис. 3.

Рис. 2. Конструктивные элементы подготовленных кромок свариваемых деталей: а – фаска с одной стороны (стыковое соединение);б – фаска сдвух сторон (стыковое соединение);в – фаска с двух сторон (угловое соединение);г – фаска с одной стороны (тавровое соединение)

в г

Рис. 3. Конструктивные элементы сварного шва: а – ширина e и высота g сварного шва при односторонней кромке стыкового соединения; б - ширина e и высота g сварного шва при двухсторонней кромке стыкового соединения ; в - ширина e и высота g сварного шва при двухсторонней кромке углового соединения; г - ширина e сварного шва при односторонней кромке таврового соединения

В табл. 2. приведены некоторые конструктивные элементы подготовленных кромок свариваемых деталей.

Таблица 2