Сварочный кабель подбирается в зависимости от параметров сварки. Как подобрать сварочный кабель?

При прикидочном расчете необходимо исходить из того, что плотность тока в кабеле при номинальном значении сварочного тока данного источника питания не должна превышать 5 А/мм². Например, для номинального тока сварки 250 А сечение сварочного кабеля S равно 50 мм², а суммарное сопротивление R прямого и обратного провода должно быть не более 2:250 = 0,008 Ом. Допустимая для заданного сечения общая длина L прямого и обратного провода определяется из простой формулы R = ρ·l/S. Для кабеля с медными жилами (ρ= 0,017·10^-6 Ом·м) она составит около 24 м, т.е. длина как прямого, так и обратного провода равна 12 м. Более точные параметры эксплуатации кабелей необходимо брать из паспортных данных.

Площадь сечения сварочного кабеля и его длину желательно подбирать таким образом, чтобы падение напряжения в соединительных проводах (прямом и обратном) сварочного контура не превышало 2 В. При этом падение напряжения определяют как разность напряжений, измеренных на зажимах сварочной цепи источника питания (трансформатора, выпрямителя, агрегата) и между электродом и изделием.

Таблица 6 – Кабель сварочный КГ

Наименование Описание Токовая нагрузка не более, А Масса кабеля, кг/м Кабель сварочный КГ 1х16 Кабель сварочный КГ-ХЛ 1х16"ХЛ" - в холодостойком исполнении Кабель сварочный предназначен для присоединения электрододержателя и зажима заземления к источнику сварочного тока 175 0,31 Кабель сварочный КГ 1х25 Кабель сварочный КГ-ХЛ 1х25"ХЛ" - в холодостойком исполнении То же 220 0,45 Кабель сварочный КГ 1х35 Кабель сварочный КГ-ХЛ 1х35"ХЛ" - в холодостойком исполнении То же 270 0,59 Кабель сварочный КГ 1х50 Кабель сварочный КГ-ХЛ 1х50"ХЛ" - в холодостойком исполнении То же 330 0,82 Кабель сварочный КГ 1х70 Кабель сварочный КГ-ХЛ 1х70"ХЛ" - в холодостойком исполнении То же 400 1,09 Кабель сварочный КГ 1х95 Кабель сварочный КГ-ХЛ 1х95"ХЛ" - в холодостойком исполнении То же 465 1,4 8.4 Зажимы для обратного провода (клеммы заземления) При подключении источника питания к сварочной цепи следует обращать внимание на качество электрических контактов на выходных клеммах аппарата и в местах подсоединения изделия и электрода. Обратный провод, т. е. провод, соединяющий свариваемое изделие или приспособление с источником питания, может быть менее гибким и обычно изготовляется из более дешевого провода марки ПРГ, ПРН (ГОСТ 1977 - 68). Обратный провод часто снабжают быстродействующим зажимом (клеммой) из электропроводного металла для присоединения к свариваемому изделию. Зажимы для проводов могут быть пружинного (рисунок 45) или винтового типа с насечками для надежного электрического контакта, даже в тех случаях, когда металл не совсем очищен. Желательно предусмотреть возможность подвода тока через обе губки зажима. Часто при работе в стационарных условиях обратный провод заменяют медной, алюминиевой или стальной шиной. Сечение стального шинопровода по сравнению с медным должно быть увеличено, так как удельное сопротивление стали значительно больше. Кроме того, при сварке на переменном токе учитывают дополнительные потери, связанные с поверхностным эффектом, т. е. с явлением неравномерной плотности тока в проводниках (увеличение плотности тока на периферии и снижение внутри проводника). . Рисунок 45 – Зажимы пружинного типа Зажимы обеспечивают отличный контакт с изделием, отличаются надежностью и долговечностью, предназначены для использования при сварке с силой тока до 150-200 ампер и 300-400 ампер соответственно. Выпускаются также клеммы-струбцины (рисунок 46) и магнитные клеммы (рисунок 47). Рисунок 46 – Клемма-струбцина Рисунок 47 – Магнитная клемма Соединители сварочных проводов. Для соединения сварочных проводов (кабелей) применяются специальные соединители. Примером могут служить соединители кабельные неразъемные СКН-25 (250А), СКН-31 (315А) и СКН-50 (500А) с винтовым соединением при редком разъединении кабеля. Изготавливаются в климатическом исполнении У категории размещения 1 по ГОСТ 15150 (рисунок 48). Рисунок 48 – Соединитель кабельный неразъемный СКН Разъемные соединители (рисунок 49) предполагают частое разъединение. Рисунок 49 –Соединитель кабельный разъемный типа СКР Соединители кабельные неразъемные и разъемные панельные (рисунок 50) могут крепиться на жестком основании. а) б) Рисунок 50 – Соединитель кабельный неразъемный панельный СКНП (а) и разъемный панельный типа СКРП (б) 8.5 Одежда сварщика Изготавливается из различных тканей при выполнении основных требований: - огнестойкость и термостойкость наружной поверхности; - внутренняя поверхность должна быть влагопоглощающей. Промышленностью предлагаются различные варианты одежды, например, костюм «ЗЕВС» (рисунок 51): Рисунок 51 – Костюм ЗЕВС мужской Выпускается в соответствии с ТУ 8572-111-54927561-2007. Ткань верха: «Геркулес» (Klopman International), хлопок - 100%, плотность - 460 г/м2, НМВО пропитка «Гидрофойл», КЩС-50, огнестойкая технология Пробан (105-0019-03); «Арсенал», хлопок - 100%, 500 г/кв.м, МВО, огнестойкая отделка (105-0019-79); цвет: зеленый (ткань «Геркулес»), черный с серым (ткань «Арсенал»); Сварщик также пользуется подшлемниками (рисунок 52), специальной обувью (рисунок 53), рукавицами (рисунок 54): Рисунок 52– Подшлемник сварщика ЗЕВС Подшлемник изготавливается по ОСТ 17-635-87; ТУ 8579-004-54927561-2007, используются ткани: «Геркулес», хлопок - 100%, плотность - 460 г/кв. м, огнестойкая технология Пробан; или ткань «Арсенал», хлопок - 100%, 500 г/кв. м, МВО, огнестойкая отделка; застежка: на пуговицах; в подшлемнике есть регулировка по глубине; цвет: черный (ткань «Арсенал»), зеленый (ткань «Геркулес»). Сварщик использует в работе специальную обувь (рисунок 53). Рисунок 53 – Ботинки «Сварщик» В специальной обуви для сварщиков использована подошва из нитрильного каучука (нитрил). Такая подошва выдерживает широкий температурный диапазон от минус 40 до + 3000 С, практически не скользит, имеет отличную износостойкость и хорошую масло-, бензо-, кислото- (до 60%) и щелочеустойчивость. Эта обувь имеет сертификат EN ISO 20345 HRO (Heat Resistant Outsole) - подошва выдерживает воздействие высоких температур. Имеется механизм быстрого сброса обуви, в случае попадания искр, брызг раскаленного металла вовнутрь ботинка. Рисунок 54 – Перчатки ANSELL Воркгард Соответствуют ГОСТ 12.4.010-75, EN388, EN407, EN420. Кожаные перчатки с усиленной ладонной частью, отлично подходят для проведения сварочных работ. Все швы прошиты нитью «Кевлар Файбер». Особая стойкость к истиранию, разрывам. Материал: натуральная кожа. Материал подкладки: хлопок Длина 380 мм. Применяются также специальные краги (рисунок 55). Рисунок 55 – Краги спилковые пятипалые Рекомендуются для работников металлургической промышленности, сварщиков. Защищают руки от искр, брызг раскаленного металла, повышенных температур. Отличительные характеристики: хлопчатобумажная подкладка. Соответствуют ГОСТ 17-528-85. 8.6 Защитные средства от излучения сварочной дуги В качестве защитных средств от излучения сварочной дуги применяются как коллективные средства в виде непрозрачных щитов, ширм, занавесок из негорючих материалов, так и индивидуальные защитные средства: ручные и наголовные щитки, очки, шлемы, экраны. Коллективные защитные средства: - металлические перегородки, щиты, ширмы, выкрашенные матовыми небликующими красками. -брезентовая ткань, пропитанная огнестойким составом, в виде занавесок и штор. - синтетические шторы из огнестойких полимерных материалов. Индивидуальные защитные средства: - ручные защитные щитки и непрозрачного материала: фибры, электрокартона, полимерных самозатухающих материалов. - наголовные защитные щитки из тех же материалов трех конструкций: щиток, каска-маска, щиток с принудительной подачей воздуха. - наголовные шлемы (защита затылочной части головы). - наголовный мягкий щиток – «чулок» из спилка для работ в стесненных условиях. На защитные щитки для электросварщика есть 2 стандарта: ГОСТ 12.4.023-84 «Щитки защитные лицевые. Общие технические требования и методы контроля», ГОСТ 12.4.035-78 «Щитки защитные лицевые для электросварщиков. Технические условия». На светофильтры есть стандарт ОСТ 216-87. Условное обозначение щитка буквенно-цифровое: Х – Х ХХ ХХ ГОСТ 12.4.035-78; Х-тип щитка (НН, ННП, РН, РНП, УМ); Х-марка светофильтра по ОСТ 216-87; ХХ-двухзначный номер модификации щитка; ХХ-вид климатического исполнения по ГОСТ 15150-69. В первой позиции сочетания букв означают: НН- щиток с наголовным креплением с непрозрачным корпусом. ННП- щиток с наголовным креплением с непрозрачным корпусом с подвижным стеклодержателем. РН- щиток ручной с непрозрачным корпусом. РНП- щиток ручной с непрозрачным корпусом с подвижным стеклодержателем. УН- щиток универсальный с непрозрачным корпусом. Пример обозначения: Щиток НН-5 05 У1 ГОСТ 12.4.035-78: (щиток наголовный с непрозрачным корпусом со светофильтром С5 по ГОСТ 12.4.080-79, модификации 05, климатическое исполнение У1). Защитные очки (маски). Световое воздействие электрической дуги. Электрическая дуга ослепляюще действует на глаза сварщика и других близко находящихся людей. Кроме того, в спектре дуги содержатся невидимые ультрафиолетовые (УФ) и инфракрасные (ИК) лучи, вызывающие воспаление слизистой оболочки глаз и ожоги кожи. Для защиты лица и глаз сварщики применяют очки (рисунок 56), щитки или маски (ГОСТ 1361-69*) со специальными светофильтрами (ГОСТ 9497-60*). Рисунок 56 – Очки ФУТУРА 9180.041 Очки рекомендуются для использования вблизи проведения газосварочных работ. Оптический класс №1 (не дает искажения, не имеет ограничения по длительности ношения). Обеспечивают защиту от УФ-лучей и ИК-излучения (степень защиты 1,7). Имеют покрытие против царапин и брызг расплавленного металла. Дужки регулируются по длине и углу наклона линзы. Мягкие подушечки Дуофлекс на заушниках создают дополнительных комфорт. Линза: ударопрочный поликарбонат. Зеленая линза поглощает все излучения, которые возникают при газосварочных работах: ИФ, УФ и яркий свет. Соответствуют ГОСТ 12.4.013-97, EN 166-168, 170. Защита от излучения осуществляется специальными светофильтрами. В зависимости от условий работы выбирают стекло светофильтра определенного номера. С наружной стороны светофильтр закрывают обычным стеклом, которое меняют по мере его загрязнения. Светофильтры следует подбирать с учетом применяемой силы тока. Появление специальных светофильтров «Хамелеон» стало этапом в индустрии защитных средств для сварщиков. Автоматически затемняемый светофильтр предназначен для защиты глаз сварщика от светового излучения в видимой части спектра: затемнение усиливается автоматически при начале сварки, что позволяет легко контролировать начало сварки без опасности ослепить глаза («поймать зайчика», как говорят сварщики).  Светофильтр изготовлен по принципу «слоеного пирога», где несколько слоев жидких кристаллов находятся между поляризационными пленками. Под напряжением жидкие кристаллы «выстраиваются» в определенном направлении, таким образом, блокируя часть поляризованного света. Следует также заметить, что наибольшую опасность при дуговой сварке составляет невидимое излучение в ультрафиолетовом  и инфракрасном  спектре. Даже неисправный светофильтр-«хамелеон» обеспечивает постоянную защиту - от этих излучений благодаря постоянному УФ -, ИК - фильтру (защита основана на частичном отражении УФ -, ИК -лучей специальным слоем - фильтром). Источником питания для схемы управления светофильтра могут служить заменяемые батареи (обычно литиевые элементы - «таблетки») и/или солнечные батареи. Зависимость затемнения от угла падения света. Большинство «бюджетных» фильтров обеспечивают заданную степень затемнения в пределах +/- 10 градусов. В 90% случаев этого вполне достаточно (редко кто сваривает, искоса смотря на дугу). Тем не менее, фильтры ведущих производителей используют два, а то и три ЖК - слоя, чтобы максимально устранить этот эффект. Кроме того, некоторые фильтры используют технологию ADC (Angular Dependence Compensation), увеличивающую пределы гарантированного затемнения до +/- 30 градусов при использовании даже одного ЖК - слоя. Время срабатывания (закрытия) Практически все современные «хамелеоны» обеспечивают время срабатывания меньше 0,001 с, чего достаточно для гарантированной защиты глаз. Время срабатывания замедляется при падении температуры. Например, если при +55 градусов время срабатывания может быть 0,08-0,1 мс, то при температуре минус 5 градусов - уже (0,5-0,9) мс. Поэтому нижняя температура для работы светофильтров обычно не ниже минус 10 градусов. Тем не менее, если маску не оставлять в неотапливаемом помещении или на улице, она может обеспечить нормальную работу при более низких температурах, в процессе работы «подогреваясь» теплом от сварочной дуги и самого сварщика. Важно не только время, но и стабильность срабатывания независимо от таких факторов, как грязь, пыль, царапины на защитном стекле, состояние батареи и т.д. При выборе светофильтров необходимо принимать во внимание фирму- изготовитель, оптический класс и сертификацию светофильтра, срок гарантии, количество и виды регулировок, возможность использования светофильтра при ТИГ –сварке. Рассмотрим подробнее эти требования. 1. Фирма производитель. Следует выяснить: кем и когда изготовлен светофильтр (часто название маски – лишь торговая марка, никак не связанная с производителем). Также должен быть указан оптический класс и уровень сертификации светофильтра (оптический класс - три цифры, идущие через наклонную черту, напр. 1/2/1 сертификация – например,CE, DINplus); срок гарантии. Помните, что невидимое излучение может быть гораздо опаснее видимых вспышек; расплачиваться  же за скупость придется собственным зрением.  2. Количество и виды регулировок. Иногда совсем без регулировок. Иногда с регулировкой затемнения. Профессиональные светофильтры идут с тремя регулировками: затемнения (обычно от 9 до 13 DIN, что соответствует по ГОСТу С3-С9). Есть маски с автоматической/двухдиапазонной  регулировкой затемнения; чувствительностью (можно настроить на защиту от яркого светового излучения нагретого металла или электрода). Очень нужная регулировка для профессиональных сварщиков; временем задержки открытия после окончания сварки (чтобы остыл металл и послесвечение «не било» по глазам, а также исключить открытие светофильтра при кратковременных паузах). На некоторых моделях фильтров есть режим отключения фильтра (например, при работе шлифмашинкой). Регулировки могут быть: внешними и/или внутренними: внутренние прямо на фильтре («колесики» или кнопки), внешние выносятся на левую сторону маски; плавными или ступенчатыми: плавная регулировка позволяет более точно установить комфортную степень затемнения. Внешние регулировки (главным образом регулировка затемнения) предпочтительны, если: в процессе сварки необходимо изменять сварочный ток без остановки процесса - например, при переходе от большой толщины металла к меньшей; вместе с маской вы используете средство защиты органов дыхания (например, автономный турбоблок, подающий очищенный воздух под маску). 3. Подходит ли светофильтр  для ТИГ - сварки? Работоспособность  на ТИГ - сварке (аргонодуговой сварке неплавящимся электродом) обычно  очень характерный показатель: если фильтр пригоден для ТИГ - сварки, он будет прекрасно работать и в ММА (штучными электродами), и в МИГ/МАГ (полуавтоматической) сварке). Но не наоборот: некоторые «хамелеоны» нестабильно ведут себя на ТИГ - сварке - могут самопроизвольно открываться. Как правильно, для ТИГ - сварки необходимо наличие всех трех основных регулировок светофильтра. Важен размер и вид защитного прозрачного стекла – в некоторых масках возможно использование лишь «своих» поликарбонатных стекол, что иногда приводит к завышенной стоимости и сложностям при покупке. Масса, габариты маски, конструкция наголовника часто не менее важны для удобства, чем характеристики светофильтра. Разнообразие модификаций масок сварщиков, изготавливаемых разными фирмами позволяет выбрать необходимую не только по техническим характеристикам, но и по дизайну. Общий вид маски показан на рисунке 57. Рисунок 57 – Маска сварщика Характеристики маски сварщика ( например, для маски SHINE): - включение/отключение – автоматическое; - смотровое окно – 100х49 мм; - скорость затемнения – 100 мкс; - защита от УФ/ИК излучения постоянно- 15 DIN; - исходная степень затемнения – 4 DIN; - плавная регулировка чувствительности; - плавная регулировка степени затемнения 9-13 DIN; - плавная регулировка времени просветления 0.1 – 0.9 с; - наличие индикатора разряда элементов и самодиагностика; - масса 540 г; - рабочая температура минус 10 0С - +50 0С. 9 СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА. ВЕНТИЛЯЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА. ВЫТЯЖНЫЕ УСТРОЙСТВА Сварочные дымы и газы вызывают больше нежелательных воздействий, чем любой другой вредный фактор при электросварке. Наибольшее количество дыма и газов выделяется при электродуговой резке металлов. Существует ряд веществ, таких как шестивалентный хром, марганец, никель, свинец, окислы железа, цинк, фториды, озон, азотные газы и оксид углерода, которые могут вызвать различные заболевания или оказывать другие негативные воздействия. Опасность воздействия этих веществ сведена к минимуму при использовании местной вытяжки и общей вентиляции. Местная вытяжная вентиляция предназначена для улавливания и удаления сварочного аэрозоля и газов при сварке и наплавке на стационарных рабочих местах, а где это возможно, на нестационарных. Для этого местную вытяжную вентиляцию оборудуют местными отсосами, выполненными в виде вытяжных зонтов (рисунок 57). Устройство для использования на непостоянных сварочных постах. Имеет простую и очень надежную конструкцию. Стальной корпус окрашен устойчивой защитной порошковой краской. Устройство комплектуется отсасывающим рукавом 2, 3 или 4 м (на выбор) с насадкой. Отсасывающий рукав состоит из внутренней параллелограмной профильной конструкции с распорными пружинами и отсасывающей насадкой. Отсасывающую насадку, как и отсасывающий рукав можно поворачивать во всех направлениях на 360 градусов. В досягаемости радиуса действия рукава его можно поместить в заданное положение, которое будет оставаться неизменным. Рисунок 57 –Вытяжное устройство SWELDex pro Воздух, содержащий вредные вещества, проходит очистку от крупных загрязнений в фильтровальной части грубой очистки и далее проходит через взаимосвязанный главный фильтр со степенью отделимости более 99,9%. После этого он снова возвращается в рабочее пространство. Сигнальная лампочка индицирует необходимость замены фильтровальных вкладышей. При замене надо открыть и опрокинуть верхнюю крышку устройства, включая отсасывающий рукав, назад. Срок службы зависит от условий и длительности использования устройства. Мощность вентилятора: 2200 мЗ/час Мощность всасывания: 1200мЗ/час Мощность двигателя: 1,1 кВт Напряжение сети / частота: 3x400 В / 50 Гц Степень отделимости: >99,9% Уровень шума: 68 дБ. Поставляется с отсасыващим рукавом 2 м, диаметр 150 мм 90 кг. Артикул: ABS-PRO-M-2 667 200 100; с отсасыващим рукавом 3 м, диаметр 150 мм 90 кг. Артикул: ABS-PRO-M-3 667 200 101; с отсасыващим рукавом 4 м, диаметр 150 мм 90 кг. Артикул: ABS-PRO-M-4 667 200 102.

Тема 1.3 Основы способа автоматической сварки под слоем флюса. Схема процесса сварки. Электродная проволока, флюсы. Параметры режима сварки и формирование сварного шва. Технологические особенности сварки. Область применения. Оборудование поста автоматической сварки под слоем флюса.

ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

Широкое применение этого способа в промышленности при про­изводстве конструкций из сталей, цветных металлов и сплавов объясняется высокой производительностью процесса и высоким качеством и стабильностью свойств сварного соединения, улучшен­ными условиями работы, более низким, чем при ручной сварке, расходом сварочных материалов и электроэнергии. К недостаткам способа относится возможность сварки только в нижнем положе­нии ввиду возможного стенания расплавленных флюса и металла при отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10— 15°.

Сущность способа. Наиболее широко распространен процесс при использовании одного электрода — однодуговая сварка. Сва­рочная дуга горит между голой электродной проволокой 1 и изде­лием, находящимся под слоем флюса 3 (рис. 1). В расплавленном флюсе 5 газами и парами флюса и расплавленного металла обра­зуется полость — газовый пузырь 4, в котором существует сва­рочная дуга. Давление газов в газовом пузыре составляет 7— 9 г/см², но в сочетании с механическим давлением, создаваемым дугой, его достаточно для оттеснения жидкого металла из-под дуги, что улучшает теплопередачу от нее к основному металлу. Повы­шение силы сварочного тока увеличивает механическое давление дуги и глубину проплавления основного металла Н_пр.

Кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны 7 приводит к образованию сварного шва 6. Затвердевший флюс образует шлаковую корку на поверхности шва.

7 5

Рис. 1 Сварка под флюсом

Расплавленный флюс, образуя пузырь и покрывая поверхность сварочной ванны, эффективно защищает расплавленный металл от взаимодействий с воздухом. Металлургические взаимодействия между расплавленным металлом и шлаком способствуют полу­чению металла шва с требуе­мым химическим составом. В отличие от ручной ду­говой сварки металлическим электродом при сварке под флюсом, так же как и при сварке в защитных газах, токоподвод к электродной про­волоке 2 осуществляется на небольшом расстоянии (выле тэлектрода) от дуги (до 70 мм). Это позволяет без перегрева" электрода использовать повышенные сварочные токи (до 2000 А). Плотность сварочного тока достигает 200—250 А/мм³, в то время как при ручной дуговой сварке не превышает 15 А/мм². В ре­зультате повышается глубина проплавления основного металла и скорость расплавления электродной проволоки, т. е. дости­гается высокая производительность процесса.

Сварку под флюсом можно осуществлять переменным и постоян­ным током. В зависимости от способа перемещения дуги относи­тельно изделия сварка выполняется автоматически и полуавтома­тически. При автоматической сварке подача электродной прово­локи в дугу и перемещение ее осуществляется специальными механизмами. При полуавтоматической сварке дугу перемещает сварщик вручную.

Существуют разновидности сварки под флюсом, когда в неко­торых случаях целесообразно применение двухдуговой или много­дуговой сварки. При этом дуги питаются от одного источника или от отдельного источника для каждой дуги. При сварке сдвоен­ным (расщепленным) электродом (рис. 2, а) дуги, горящие в общую ванну, питаются от одного источника. Это несколько повышает производительность сварки за счет повышения количества рас­плавленного электродного металла.

Электроды по отношению к направлению сварки могут быть расположены последовательно или перпендикулярно. При последовательном расположении глубина

уменьшается. Второй вариант расположения электродов позволяет выполнять сварку при повышенных зазорах между кромками. Изменяя расстояние между электродами, можно регулировать форму и размеры шва. Удобно применение этого способа при наплавочных работах. Однако недостатком способа является некоторая неста­бильность горения дуги.

При двухдуговой сварке (рис. 2, б) используют два электрода (при многодуговой несколько). Дуги могут гореть в общую или раздельные сварочные ванны (когда металл шва после первой дуги уже полностью закристаллизовался). При горении дуги в раздельные сварочные ванны оба электрода обычно перпенди­кулярны плоскости изделия. Изменяя расстояние между дугами, можно регулировать термический цикл сварки, что важно при сварке закаливающихся сталей.

Рис.2 Схемы образования шва при сварке

а) сдвоенным электродом, б)двухдуговой, в) трехфазной дугой

проплавления шва несколько увеличивается, а при перпендикулярном (см. рис. 6, б)

Эта схема позволяет вести сварку на высоких скоростях, в то время как применение повышенного тока при однодуговой сварке приводит к несплавлениям — подрезам по кромкам шва. При двухдуговой сварке вторая дуга, горящая в отдельную ванну, электродом, наклоненным углом вперед (угол а = 45 -=- 60°), частично переплавляет шов, образованный первой дугой, и обра­зует уширенный валик без подрезов. Для питания дуг с целью уменьшения магнитного дутья лучше использовать разнородный ток (для одной дуги — переменный, для другой — постоянный).

При сварке на переменном токе по схеме на рис. 2, в возникает трехфазная дуга: одна дуга горит между электродами (независи­мая дуга) и две другие — между каждым электродом и изделием. Все дуги горят в одном плавильном пространстве. Регулируя ток в каждой дуге, можно изменять количество расплавляемого электродного металла или проплавление основного металла. В первом случае способ удобен при наплавочных работах и для сварки швов, требующих большого количества наплавленного металла. Недостаток способа — необходимость точного согласо­вания скоростей подачи электродов. Сварку сдвоенным электро­дом, двумя и большим числом электродов выполняют на автоматах.

Влияние параметров режима сварки на форму и размеры шва.

Форма и размеры шва зависят от многих параметров режима свар­ки: величины сварочного тока, напряжения дуги, диаметра элект­родной проволоки, скорости сварки и др. Такие параметры, как наклон электрода или изделия, величина вылета электрода, гра­нуляция флюса, род тока и полярность и т. п. оказывают меньшее влияние на форму и размеры шва.

Необходимое условие сварки — поддержание дуги. Для этого скорость подачи электрода должна соответствовать скорости его плавления теплотой дуги. С увеличением силы сварочного тока скорость подачи электрода должна увеличиваться (рис. 3). Электродные проволоки меньшего диаметра при равной силе сварочного тока следует подавать с большей скоростью. Условно это можно представить как расплавление одинакового количества электродного металла при равном количестве теплоты, выделяемой в дуге (в действительности количество расплавляемого электрод­ного металла несколько увеличивается с ростом плотности сва­рочного тока). При некотором уменьшении скорости подачи длина дуги и ее напряжение увеличиваются. В результате уменьшаются доля теплоты, идущая на расплавление электрода, и количество расплавляемого электродного металла.

Рис.3 Зависимость скорости подачи электродной проволоки от величины сварочного тока при различных диаметрах электродной проволоки и напряжениях дуги 1)-30 -32 В, 2) -50-52 В

Влияние параметров режима на форму и размеры шва обычно рассматривают при изменении одного из них и сохранении осталь­ных постоянными. Приводимые ниже закономерности относятся к случаю наплавки на пластину, когда глубина проплавления не превышает 0,7 ее толщины (при большей глубине проплавления ухудшение теплоотвода от нижней части сварочной ванны резко увеличивает глубину проплавления и изменяет форму и размеры шва).

С увеличением силы сварочного тока (рис. 4, а) глубина проплавления возрастает почти линейно до некоторой величины. Это объясняется ростом давления дуги на поверхность сварочной ванны, которым оттесняется расплавленный металл из-под дуги (улучшаются условия теплопередачи от дуги к основному металлу), и увеличением погонной энергии. Ввиду того, что повышается количество расплавляемого электродного металла, увеличивается и высота усиления шва. Ширина шва возрастает незначительно, так как дуга заглубляется в основной металл (находится ниже плоскости основного металла).

Увеличение плотности сварочного тока (уменьшение диаметра электрода при постоянном токе) позволяет резко увеличить глу­бину проплавления (табл. 1). Это объясняется уменьшением подвижности дуги. Ширина шва при этом уменьшается. Путем уменьшения диаметра электродной проволоки можно получить шов с требуемой глубиной проплавления в случае, если величина максимального сварочного тока, обеспечиваемая источником пи­тания дуги, ограничена. Однако при этом уменьшается коэффи­циент формы провара шва (=е/Н) и интенсифицируется зональ­ная ликвация в металле шва (рис. 5), располагающаяся в его рабочем сечении. Род и полярность тока ока­зывают значительное влияние на форму и размеры шва, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющимся на катоде и аноде дуги.

При сварке на постоянном токе прямой полярности глубина проплавления на 40—50%, а на переменном -т- на 15—20% меньше, чем при сварке на постоянном токе обратной полярности.

Поэтому швы, в которых требуется небольшое количество электрод­ного металла и большая глубина проплавления (стыковые и угло­вые без разделки кромок), целесооб-

Рис.4 Влияние на размеры поперечного сечения шва:

а) величины сварочного тока, б) напряжения дуги, в) скорости сварки,

г) вылета электрода. Н –глубина проплавления, е – ширина, q–высота усиления шва.

Таблица 1 Значения сварочного тока, при которых достигается одинаковая глубина проплавления электродной проволокой различного диаметра.

Глубина проплавления мм	Диаметр электродной проволоки. мм	Сила сварочного тока, А	Глубина проплавления мм	Диаметр электродной проволоки. мм	Сила сварочного тока, А
3 5	2 5 2 5	200 450 400 550	8 12	2 5 2 5	525 725 700 925

разно выполнять на постоянном токе обратной полярности. При увеличении напряжения дуги (длины дуги) увеличивается ее подвижность и возрастает доля теплоты дуги, расходуемая на расплавление флюса (количество рас­плавленного флюса). При этом растет ширина шва (см. рис. 4, б), а глубина его проплавления остается практически посто­янной. Этот параметр режи­ма широко используют в практике для регулирования ширины шва.

Рис.5 Зональная ликвация в металле шва.

а) при узкой форме провара, б) при широкой форме провара.

Увеличение скорости сварки уменьшает погонную энергию и изменяет толщи­ну прослойки расплавлен­ного металла под дугой. В результате этого основные размеры шва уменьшаются (см. рис. 4, в). Однако в некоторых случаях (сварка тонкими прово­локами на повышенной плотности сварочного тока) увеличение скорости сварки до некоторой величины, уменьшая прослойку расплавленного металла под дугой и теплопередачу от нее к ос­новному металлу, может привести к росту глубины проплавления. При дальнейшем увеличении скорости сварки закономерности изменения размеров шва такие же, как на рис. 4, в. При чрезмерно больших скоростях сварки и силе сварочного тока в швах могут образовываться подрезы.

С увеличением вылета электрода (см. рис. 4, г) возрастает ин­тенсивность его подогрева, а значит, и скорость его плавления. В результате толщина прослойки расплавленного металла под дугой увеличивается и, как следствие этого, уменьшается глубина проплавления. Этот эффект иногда используют при сварке элек­тродными проволоками диаметром 1—3 мм для увеличения коли­чества расплавляемого электродного металла при сварке швов, образуемых в основном за счет добавочного металла (способ сварки с увеличенным вылетом электрода).

В некоторых случаях, особенно при автоматической наплавке, электроду сообщают колебания поперек направления шва (рис. 30, а) с различной амплитудой и частотой, что позволяет в широких пределах изменять форму и размеры шва. При сварке с поперечны­ми колебаниями электрода глубина проплавления и высота уси­ления уменьшаются, а ширина шва увеличивается и обычно несколько больше амплитуды колебаний. Этот способ удобен для предупреждения прожогов при сварке стыковых соединений с повышенным зазором в стыке или уменьшенным притуплением кромок. Подобный же эффект на­блюдается при сварке сдвоенным электродом (рис. 6, б и 3, а), когда электроды расположены по­перек направления сварки. При последовательном расположении глубина проплавления, наоборот, возрастает.

Рис.6 Схемы сварки.

а) электродом с поперечными колебаниями, б) сдвоенным электродом

Состав и строение частиц флюса оказывают заметное влияние на форму и размеры шва. При уменьшении насыпной массы флюса (пемзовидные флюсы) повышается газопроницаемость слоя флюса над сварочной ванной и, 'как результат этого, уменьшается давле­ние в газовом пузыре дуги. Это приводит к увеличению толщины прослойки расплавленного металла под дугой, а значит, и к умень­шению глубины проплавления. Флюсы с низкими стабилизи­рующими свойствами, как правило, способствуют более глубокому проплавлению.

Пространственное положение электрода и изделия (см. рис. 13) при сварке под флюсом оказывает такое же влияние на форму и размеры шва, как и при ручной сварке. Для предупреждения стекания расплавленного флюса, ввиду его высокой жидкотеку-чести, сварка этим способом возможна только в нижнем положе­нии при наклоне изделия на угол не более 10—15°. Изменение формы и размеров шва наклоном изделия находит практическое применение только при сварке кольцевых стыков труб ввиду сложности установки листовых конструкций в наклонное поло­жение. Сварка с наклоном электрода находит применение для повышения скорости многодуговой сварки. Подогрев основного металла до температуры 100 °С и выше приводит к увеличению глубины провара и ширины шва.

Техника автоматической сварки.

Перед началом автоматичес­кой сварки следует проверить чистоту кромок и правильность их сборки и направления электрода по оси шва. Металл повышенной толщины сваривают многопроходными швами с необходимым сме­щением электрода с оси шва. Перед наложением последующего шва поверхность предыдущего тщательно зачищают от шлака и осмат­ривают с целью выявления наличия в нем наружных дефектов. В начале сварки, когда основной металл еще не прогрелся, глубина его проплавления уменьшена, в связи с чем эту часть шва обычно выводят на входную планку. По окончании сварки в месте кратера образуется ослабленный шов, поэтому процесс сварки заканчивают на выводной планке. Входную и выводную планки шириной до 150 мм и длиной (в зависимости от режима и толщины металла) до 250 мм закрепляют на прихватках до на­чала сварки. После сварки планки удаляют.

При автоматической сварке стыковых соединений на весу (см. рис. 16, а) практически сложно получить шов с проваром по всей длине стыка из-за вытекания в зазор между кромками расплав­ленного металла и флюса и, как результат, — образования про­жогов. Для предупреждения этого применяют различные приемы, способствующие формированию корня шва. Сварку односторонних швов можно выполнять по предварительной ручной подварке (см. рис. 16, г), если невозможна автоматическая. Односторонняя сварка на остающейся стальной подкладке (см. рис. 16, в) возможна в тех случаях, когда допустимо ее применение с эксплуатационной точки зрения.

Толщина подкладки при однослойных швах составляет 30— 40% толщины основного металла или равна толщине первого слоя в многослойных швах. При использовании для сварки одно­сторонних швов съемных медных подкладок (см. рис. 16, б) качество шва зависит от надежности поджатия к ним кромок. При зазорах свыше 0,5 мм расплавленный металл может вытекать в него, что приводит к образованию дефектов в шве. Недостаток этого спо­соба — трудность точной укладки кромок длинного стыка вдоль формирующей канавки неподвижной медной подкладки.

Разновидность этого способа — сварка на медной скользящей подкладке (ползуне) по повышенному зазору. В этот зазор про­ходит нож, верхней частью прикрепленный к сварочному трактору специальной конструкции. На нижнем конце ножа закреплен скользящий ползун. Недостаток этого варианта—необходимость поддержания постоянного по величине зазора по всей длине шва. Возможен способ, когда медная подкладка в виде отдельных звеньев не соединена со сварочным трактором и перемещается синхронно с ним от отдельного привода. Но это очень усложняет конструкцию стенда и процесс сварки.

Рис. 7 Сварка на флюсовой подушке.

а) плоских конструкций, б) внутренних кольцевых швов.

1 –изделие, 2 –флюс, 3 –воздушный шланг, 4 –лоток, 5 –профилированная гибкая лента, 6 –электрод.

Для улучшения формирования корня шва в увеличенную по глубине формирующую канавку в медной подкладке можно засыпать флюс — так выполняют сварку на флюсомедной под­кладке. Односторонняя сварка на флюсовой подушке (рис. 7) при плотном поджатии флюса обеспечивает полный провар кромок и хорошее формирование корня шва при меньшей точности сборки кромок толщиной 2 мм и выше. Флюс под стыком поджимается воздухом, подаваемым в шланг 3, а при сварке кольцевых швов — специальной гибкой лентой 5. Свариваемые листы от перекоса при поджатии флюса должны удерживаться специальными гру­зами или силами магнитного поля на специальных магнитных стендах.

Формирование корня шва на флюсовой подушке позволяет выполнять автоматическую сварку однопроходных швов без разделки или с V-образной разделкой кромок на металле толщиной до 15 мм, корневого шва в многопроходных швах с V- или X-образ­ной разделкой кромок, а также сварку по заданному повышен­ному зазору без разделки кромок металла толщиной до 50 мм. При­менение этого способа в последние годы сокращается из-за трудности плотного поджтия флюса под стык по всей его длине. В мес­тах его неплотного поджатия образуются прожоги.

В заграничной практике для сварки односторонних швов находят применение переносные подкладки. По существу они представляют собой легкий лоток, изготовленный из стали или другого металла, в котором находится формирующая подкладка из твердого флюса. Подкладка может быть двухслойной: верхний слой флюса обеспечивает формирование поверхности обратной сто­роны шва, а нижний, тугоплавкий, предупреждает получение шва с чрезмерной высотой обратного валика.

Подкладки устанавливают на прихватках, липких лентах, с помощью клиньев, струбцин, магнитов и т. д. Возможно также использование подкладок из синтетических термостойких лент, плотно поджимаемых под стыком свариваемых кромок. Установка подобных подкладок достаточно трудоемка и требует доступа к сварному соединению с обратной стороны или последующей кантовки изделия. Обычно они одноразового пользования ввиду разрушения под действием теплоты расплавленного металла.

В односторонних швах не всегда обеспечивается хорошее формирование корня шва. Поэтому в ответственных конструкциях применяют сварку с двух сторон. При этом первые валики в корне швов должны перекрывать друг друга на толщину 2—5 мм. При повышенных зазорах для предупреждения протекания расплав­ленного металла в зазор между кромками также используются флюсовые подушки и медные съемные подкладки. Однако лучшие результаты достигаются при предварительной ручной подварке корня шва и последующей сварке с обратной стороны швов. После кантовки изделия при первом основном проходе подварочный шов следует полностью переваривать. Подварочный шов часто служит сборочным вместо прихваток.

В зависимости от площади поперечного сечения шва и положения сварки угловые соединения можно выполнять без скоса или со скосом одной из кромок одно- и многослойными швами. Полный провар стыка без скоса кромок можно получить при толщине стенки в тквровом соединении не более 14 мм. Сварку угловых швов вь полняют в положении «в лодочку» или наклонным электродом (рис. 8).

При положении «в лодочку» в один проход можно сваривать швы с катетом до 14 мм, наклонным электродом — до 6 мм. Соеди­нение под сварку следует собирать с минимальным зазором для предупреждения вытекания в него расплавленного металла. При зазоре свыше 1,5 мм с обратной стороны первого шва необходима ручная или механизированная подварка. Подварочный шов дол­жен быть полностью переварен при наложении основных швов. В практике применяют также заделку зазора с обратной стороны асбестовым шнуром, который впоследствии удаляют. В некоторых типах сварных соединений возможно применение медных под­кладок (рис. 8, е).

г)

Рис.8 Автоматическая сварка под флюсом угловых швов

Подобные же приемы применяют и при сварке наклонным электродом при зазоре в стыке свыше 2,5 мм. Для обеспечения полного провара стыка кромок сварку можно выполнять в несим­метричную «лодочку» (рис. 8, а), когда угол между электродом и полкой тавра уменьшается до 30°. Этот же прием используют при различной толщине свариваемых элементов, когда уменьша­ется угол между электродом и более тонким элементом. При сварке тавровых соединений наклонным электродом трудно избе­жать подреза на вертикальной стенке соединения. Для предупреж­дения этого электрод смещают на полку (рис. 8, б, в). Последо­вательность сварки многопроходных швов указана на рис. 8, г. Нахлесточные соединения при толщине верхнего листа до 8 мм сваривают вертикальным электродом с оплавлением верхней кром­ки (рис. 8, д).

Техника полуавтоматической сварки. Автоматическая сварка целесообразна в массовом и серийном производстве изделий с достаточно длинными, прямолинейными и круговыми швами. Однако на практике встречается много изделий с криволинейными Швами или швами небольшой протяженности. В этих случаях Целесообразно применять полуавтоматическую сварку, которая более мобильна.

Для полуавтоматической сварки под флюсом используют Шланговый полуавтомат типа ПШ-5 с универсальным держателем ДШ-6. Металл толщиной 2—30 мм, а иногда и более сваривают со скосом или без скоса кромок, одно- и двусторонними стыковыми, одно- или многопроходными угловыми швами. Можно выполнять сварку прорезных швов, швов в нахлесточных соединениях со сквозным проплавлением верхнего листа и электрозаклепок (Рис.10) Швы можно выполнять сплошными и прерывистыми в нижнем положении, при наклоне изделия на угол не более 15⁰.

Как правило, для сварки используют переменный ток, но про­цесс возможен и на постоянном токе. Перед началом сварки открывают заслонку флюсового бункера и место сварки засыпают флюсом. Дугу возбуждают при включении подачи электрода или при включенной подаче электрода и засыпанном флюсе скользя­щим движением электрода по поверхности кромок. При последую­щих возбуждениях дуги с конца электрода следует сбивать за­стывший шлак. В процессе сварки держатель перемещается вдоль шва сварщиком вручную. Держатель может перемещаться на весу или опираться специальным костылем на изделие.

г)

Рис.9 Механизированная шланговая сварка под флюсом стыковых и угловых швов

.

Небольшие изменения расстояния от держателя до поверх­ности изделия не нарушают процесса сварки и незначительно влияют на форму и размеры шва. Однако для получения качест­венных швов требуются практические навыки для точного на­правления электрода по оси шва и поддержания требуемой ско­рости перемещения держателя. Невозможность наблюдения за формированием шва — существенный недостаток этого способа сварки.

При сварке угловых швов держатель упирается в угол стыка свариваемых элементов копирующей насадкой (рис. 9, а, б). Сварку стыковых швов ведут на себя (рис. 33, в) или сбоку (рис. 33, г). Сочетание перемещения держателя вдоль оси шва с попереч­ными колебаниями позволяет получить уширенные швы, что важно при сварке стыковых швов с повышенными зазорами. Точность сборки кромок под сварку и приемы удержания расплавленного металла от вытекания в зазор между кромками те же, что при автоматической сварке. Удобно использовать полуавтоматы для сварки прерывистых швов.

Рис. 10 Электрозаклепки, выполненные через отверстия в верхнем листе (а) и с проплавлением верхнего листа (б) . Сварка с проплавлением (в) и оплавлением (г) кромок верхнего листа.

Процесс сварки начинается обычным способом. В конце шва перемещение держателя задерживается для заварки кратера, а затем быстрым движением перемещается на начало следующего шва без выключения сварочного тока и подачи электродной провоцоки. Наиболее удобно этим способом сваривать угловые швы

в тавровых соединениях.

В практике находят применение соединения, выполненные электрозаклепками. Обычно это нахлесточные соединения, в кото­рых при толщине верхнего листа 3—4 мм сварку ведут с его про­плавлением (рис. 10, б). При большой толщине верхнего листа (до 10 мм) в нем предварительно пробивают отверстие (рис. 10, а), диаметр которого на 4—5 мм больше диаметра электродной про­волоки. Диаметр электрозаклепки равен двум-четырем толщинам верхнего листа. Зазор между деталями не должен превышать 1 мм. При небольшой толщине нижнего листа сварку для предупрежде­ния прожога выполняют на медной подкладке (рис. 10, б).

Электрозаклепку можно выполнять с использованием специаль­ных электрозаклепочников или шланговых полуавтоматов. При использовании электрозаклепочников в процессе горения электрод диаметром 4—6 мм обычно не подается в дугу. Перед началом сварки электрод рабочим концом (иногда через стальную стружку для облегчения возбуждения дуги) закорачивается на изделие и засыпается флюсом. Вместо флюса можно использовать специаль­ные флюсовые шайбы (смесь из 90% мел­комолотого флюса и 10% жидкого стекла). После включения сварочного тока и воз­буждения дуги она горит до естественно­го обрыва. После зачистки конца элект­рода от колпачка застывшего шлака мо­жно сваривать следующую электрозак­лепку.

При использовании шланговых полу­автоматов применяют электродную про­волоку диаметром 1,6—2 мм. Сварку вы­полняют с подачей в дугу электродной проволоки. Сварка электрозаклепками на полуавтоматах может быть использована для выполнения точеч­ных угловых швов при толщине свариваемых деталей до 6 мм. Швы, показанные на рис. 10, в, выполняют авто­матической сваркой при толщине верхних лис­тов до 12 мм. Их каче­ство определяется плот­ностью поджатая дета­лей. По существу этот способ представляет со­бой сварку на остаю­щейся подкладке.

Сварку стыков труб под флюсом выполняют только автомати­чески при нижнем положении шва. Из-за сложности удержания от вытекания из сварочной ванны расплавленных шлака и металла трубы диаметром менее 150 мм этим способом обычно не сваривают. С этой же целью электрод смещают с зенита стыка в зависимости от диаметра труб навстречу их вращению. Для удержания флюса от ссыпания применяют специальные флюсоудерживающие приспособления. Так как на весу под флюсом проварить корень шва практически невозможно, первый слой обычно сваривают вручную покрытыми электродами или механизированно в угле­кислом газе.

СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА, ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА

Наиболее часто при сварке в качестве присадочного металла используют сварочную проволоку, полученную либо горячей про­каткой, либо волочением после горячей прокатки. При наплавке наряду с проволокой широко применяют металлическую ленту.

При механизированных способах сварки плавлением прово­локу используют в виде непрерывного плавящегося электрода, намотанного на специальные кассеты.

Если электродная проволока включены в сва­рочную цепь, скорость их введения, а следовательно, и доля электродного металла в образовании шва зависят от режима сварки и могут регулироваться только в определенных пределах. При сварке плавлением неплавящимися электродами (вольфра­мовым, угольным) присадочный металл в зону сварки подают автономно, поэтому его долю в формировании шва можно регу­лировать в значительно более широких пределах. Дополнительная проволока, пруток или стержень, подаваемые в зону сварки, в этом случае называют присадочным прутком. По условиям удобства использования при ручной сварке пруток имеет длину до 1000 мм, при механизированной подаче специальным подаю­щим механизмом — большую длину и сматывается со специаль­ной кассеты.

Обычную сварочную проволоку изготовляют из хорошо дефор­мируемых металлов. Однако, если металл шва должен иметь высокую твердость и исходный присадочный металл плохо дефор­мируется в холодном и горячем состояниях, изготовление про­волоки прокаткой или волочением невозможно; дополнительный металл изготовляют литьем в виде присадочных прутков.

Используют также специальную порошковую проволоку в виде металлической трубки, внутри которой заложены необходимые сварочные материалы (легирующие, раскисляющие и другие компоненты).

Однако в основном в качестве металлических присадочных материалов применяют сварочную проволоку — стальную или из цветных металлов и сплавов. На основании многолетнего опыта сварки разработаны государственные стандарты: на основные марки стальной проволоки для сварки ГОСТ 2246—70 «Про­волока стальная сварочная»; для наплавки ГОСТ 10543—75 «Проволока стальная наплавочная»; на марки сварочных про­волок из алюминия и его сплавов ГОСТ 7871—75 «Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов»; на марки сварочной проволоки и прутки из меди и медных сплавов ГОСТ 16130—72 «Проволока и прутки из меди и сплавов на мед­ной основе сварочные». Сварочные проволоки и прутки, приме­няемые для многих других металлов и сплавов, поставляют по различным техническим условиям, имеющим ведомственный характер.

Наиболее важное значение имеет стандарт ГОСТ 2246—70, в котором регламентирован химический состав 77 марок свароч­ных проволок. Стандарт регламентирует только химический состав и размеры проволоки, так как механические свойства металла шва зависят от многих других факторов (доли участия основного металла, марки флюса, режима сварки и т. д.). Стан­дартом регламентированы диаметры проволок (мм): 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0. Из этой номенклатуры проволоки диаметром 1,6—8 мм применяют для сварки и изготовления электродов, остальные только для сварки или наплавки.

В обозначении проволоки по стандарту указаны ее назна­чение «Св», т. е. что она сварочная, затем система легирования и примерное содержание элементов. По общепринятой символике химические элементы обозначены буквами: Б — нио­бий; В — вольфрам; Г — марганец; Д — медь; М — молибден; Н — никель; С — кремний; Т — титан; Ф — ванадий; X — хром; Ц — цирконий; Ю — алюминий. Средний процент содержания углерода указан без буквенного обозначения цифрой, в сотых долях процента сразу за символом «Св». При содержании эле­ментов менее 2% цифра не ставится. Например, обозначение проволоки Св-08Г2С расшифровывается так: Св — сварочная, 08 — содержание углерода 0,08%, марганца до 2%, кремния до 1%; проволоки Св-06Х19Н9Т расшифровывается: сварочная, среднее содержание элементов: углерода 0,06%, хрома 19%, никеля 9%, титана до 1%.

Более точное содержание элементов указано в стандарте. Диаметр проволоки указывается только при поставках в виде цифры, которая стоит перед маркой проволоки (например 2-Св-08Г2С, где 2 означает диаметр проволоки указанной марки).

Повышенные требования к чистоте проволоки по вредным примесям (снижение содержания серы и фосфора на 0,01% каждого) отмечаются в марке проволоки (только углеродистой и легиро­ванной) буквой А и АА, например Св-08А. Для высоколегирован­ных проволок вообще не допускается содержание серы свыше 0,030% и фосфора свыше 0,035%.

Стандарт ГОСТ 10543—75 регламентирует 30 марок проволоки для наплавки, из них 9 марок углеродистых, 11 марок легиро­ванных и 10 марок высоколегированных. Проволоки также клас­сифицируются по химическому составу. Символ «Нп» означает, что проволока для наплавки (только для механизированной наплавки, но не для изготовления электродов). После символа «Нп» цифрами указано содержание углерода в сотых долях про­цента, затем буквами и цифрами — содержание других элементов. Например, проволока Нп-30 расшифровывается: проволока угле­родистая для наплавки со средним содержанием углерода 0,30% и содержанием других элементов до 2%; проволока «Нп-105Х» расшифровывается: проволока для наплавки со средним содер­жанием углерода 1,05% и хрома менее 2%.

При поставке диаметр проволоки указывается цифрой перед символом «Нп», в стандарте предусмотрены проволоки диаметром 0,3—8,0 мм. Например, полное обозначение проволоки для на­плавки имеет вид: проволока ЗШ-105Х ГОСТ 10543—75.

ГОСТ 7871—75 регламентирует химический состав 14 марок тянутой и прессованной проволоки из алюминия от Св А97 до Св А5 (А1 > 99,5%), алюминиево-марганцевого сплава (СвАМц), алюминиево-магниевых сплавов (СвАМгЗ, СвАМг4, СвАМгб, СвАМгб и др.), алюминиево-кремнистых сплавов (СвАК5; СвАК10; Св1201).

Состав проволок достаточно ясен из их обозначения, диаметры проволок 0,8—12,5 мм. Пример условного обозначения проволоки по этому ГОСТу: 2-СвАМц ГОСТ 7871-75.

ГОСТ 16130—72 регламентирует химический состав проволо­ки и прутков из меди и сплава на медной основе для сварки, наплавки и пайки. Стандарт регламентирует 17 марок проволоки и 12 марок прутков. Обозначение марок соответствует буквен­ным и цифровым обозначениям, принятым для меди и ее сплавов

Рис.11 Поперечные сечения порошковых проволок

без символа «Св»). Диаметры проволок 0,8—8,0 мм. Диаметры прутков 6,0 и 8,0 мм. Этот стандарт содержит также рекоменда­ции по применению проволок и прутков.

Порошковая проволока представляет собой трубчатую, часто сложного внутреннего сечения проволоку, заполненную порош­кообразным наполнителем (рис. 11). Порошкообразный наполни­тель имеет состав, обычно соответствующий покрытиям основ­ного типа с отношением его массы к массе металлической обо­лочки в пределах 15—40%. Сохраняя технологические преи­мущества голой проволоки, порошковая проволока позволяет создавать газовую и шлаковую защиту металла сварочной ванны от воздуха, обеспечивать легирование металла шва и его очистку '•от вредных примесей. Надежность защиты металла сварочной ванны от атмосферного воздуха можно характеризовать по содер­жанию азота (попадающего в металл шва именно из воздуха); так, при сварке порошковой проволокой содержание азота обычно не превышает 0,02—0,025%.

Порошковая проволока — универсальный сварочный материал, пригодный для сварки сталей практически любого легирования, для наплавки слоев с особыми свойствами, — в ряде случаев начинает успешно конкурировать с такими сварочными материа­лами, как флюсы и защитные газы. Наиболее широко порошковую проволоку применяют для сварки низкоуглеродистых и низколе­гированных сталей и наплавочных работ, что обусловлено воз­можностью варьирования химического состава и массы напол­нителя — порошкообразной шихты, обеспечивающей высокое качество сварных соединений. В некоторых случаях порошковые проволоки (с наполнителем рутилового и рутил-флюоритового типов) выпускают для сварки с применением дополнительной защиты при сварке (флюса или углекислого газа).

Наиболее часто порошковую проволоку изготовляют из ленты. В связи с тем, что по рассмотренной технологии невозможно получить проволоку меньшего диаметра, в последние годы раз­рабатывают процессы изготовления порошковой проволоки из

стальной пластичной сплошного сечения трубки. Трубку необхо­димого состава предварительно заполняют порошковым напол­нителем, а затем путем волочения через несколько фильер умень­шают ее диаметр до 1 мм. Использование порошковой проволоки такого малого диаметра расширяет технологические возможности сварки и область их применения .

4. ФЛЮСЫ СВАРОЧНЫЕ

Сварочными флюсами называют специально приготовленные неме­таллические гранулированные порошки с размером отдельных зерен 0,25—4 мм (в зависимости от марки флюса). Флюсы, рас­плавляясь, создают газовый и шлаковый купол над зоной сва­рочной дуги, а после химико-металлургического воздействия в дуговом пространстве и сварочной ванне образуют на поверх­ности шва шлаковую корку, в которую выводятся окислы, сера, фосфор, газы.

В зависимости от свариваемых металлов и требований, предъ­являемых при этом к металлургическим процессам, флюсы могут иметь самые различные композиции. Флюсы принято разделять в зависимости от способа их изготовления, назначения и химиче­ского состава. По способу изготовления флюсы разделяют на неплавленые (керамические) и плавленые.

Технология изготовления керамических флюсов сходна с тех­нологией изготовления покрытий электродов. Сухие компо­ненты шихты замешивают на жидком стекле; полученную массу измельчают путем продавливания ее через сетку на специальном устройстве типа мясорубки, сушат, прокаливают при тех же режимах, что и электродные покрытия, и просеивают для полу­чения частиц зерен определенного размера. Частицы сухой смеси компонентов могут скрепляться спеканием при повышенных температурах без расплавления. Полученные комки гранули­руют до необходимого размера (так называемые спеченные флюсы).

Неплавленые флюсы могут быть приготовлены и в виде про­стой механической смеси (флюсы — смеси). Из группы неплавле­ных флюсов наибольшее распространение получили керамиче­ские флюсы, состав которых близок к составу покрытий основ­ного типа. Легирование металла такими флюсами достигается введением в них необходимых ферросплавов. Флюсы при изго­товлении не подвергаются операции расплавления, поэтому количество и сочетание ферросплавов и других легирующих элементов может быть различным, что позволяет легко получать любой требуемый состав металла наплавки.

Эта особенность флюсов является главным их преимущест­вом. Однако при использовании таких флюсов химический состав металла шва сильно зависит от режима сварки. Изменение величины сварочного тока, и особенно напряжения дуги, изменяет соотношение масс расплавленных флюса и металла, а следова­тельно, и состав металла шва, который может быть неоднородным даже по длине шва.

Керамические флюсы обладают и другим серьезным недо­статком — легко разрушаются вследствие малой механической прочности его частиц, что делает его разнородным по размерам. Эти флюсы имеют большую стоимость и при сварке обычных сталей не применяются. Основная область их использования — сварка высоколегированных специальных сталей и наплавочные работы.

Плавленые флюсы представляют собой сплавы окислов и солей металлов. Процесс изготовления их включает следующие стадии: расчет и подготовку шихты, выплавку флюса, грануля­цию, сушку после мокрой грануляции и просеивание. Предвари­тельно измельченные и взвешенные в заданной пропорции ком­поненты смешивают и загружают в дуговые или пламенные печи. После расплавления и выдержки, необходимой для завершения ; реакций, жидкий флюс при температуре около 1400° С выпускают из печи.

Грануляцию можно осуществлять сухим и мокрым способами. При сухом способе флюс выливают в металлические формы, после остывания отливку дробят в валках до крупки размерами 0,1—3 мм, затем просеивают. Сухую грануляцию применяют для гигроскопичных флюсов (содержащих большое количество фтористых и хлористых солей). Преимущественно это флюсы для сварки алюминиевых и титановых сплавов. При мокром спо­собе грануляции выпускаемый из печи тонкой струей жидкий флюс направляют в бак с проточной водой. В некоторых слу­чаях струю флюса дополнительно над поверхностью воды раз­бивают сильной струей воды.

Высушенную при температуре 250—350° С массу дробят и пропускают через два сита с 16 и 400 отверстиями на 1 см². Остаток на втором сите представляет собой готовый флюс. Обычно это неровные зерна от светло-серого до красно-бурого или корич­невого цвета (в зависимости от состава).

Хранят и транспортируют флюсы в стальных бочках, поли­этиленовых мешках и другой герметичной таре.

Принципиальное отличие плавленого флюса от керамического состоит в том, что плавленый флюс не может содержать леги­рующих элементов в чистом виде, в процессе выплавки они неиз­бежно окислятся. Легирование плавлеными флюсами происхо­дит путем восстановления элементов из окислов, находящихся во флюсе.

В основу классификации флюсов по химическому составу положено содержание в них окислов и солей металлов. Разли­чают окислительные флюсы, содержащие в основном окислы МпО и SiO₂. Для получения необходимых свойств флюса в него вводят и другие составляющие, например плавиковый шпат, а также весьма прочные окислы СаО, Мq0, А1₂0₃, которые в сва­рочных условиях практически не реагируют с металлом.

Чем больше содержится во флюсе МпО и SiO₂, тем сильнее флюс может легировать металл кремнием и марганцем, но и одновременно тем сильнее он окисляет металл. Чем сложнее легирована сталь, тем меньше должно содержаться во флюсе МпО и SiO₂, в противном случае недопустимо возрастает окисле­ние легирующих элементов в стали; нежелательным может быть и дополнительное легирование металла кремнием и марганцем. Поэтому окислительные флюсы преимущественно применяют при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Безокисли­тельные флюсы практически не содержат окислов кремния и мар­ганца или содержат их в небольших количествах. В них входят фториды СаЕ₂ и прочные окислы металлов. Их преимущественно используют для сварки высоколегированных сталей.

Бескислородные флюсы целиком состоят из фторидных и хлоридных солей металлов, а также других составляющих, не содер­жащих кислород. Их используют для сварки химически актив­ных металлов (алюминия, титана и др.).

В связи с широким применением плавленых флюсов на основ­ные марки флюсов существует ГОСТ 9087—69 «Флюсы свароч­ные плавленые», в котором регламентирован химический состав 10 марок плавленых флюсов, указаны цвет, строение и размеры зерна и даны рекомендации по области их применения (табл. 1).

Для двух марок флюсов АН-20 и АН-26 сделано разделение не только по размеру зерна, но и в зависимости от строения зерен флюса — стекловидного или пемзовидного характера. Строение зерен флюса зависит от состава расплава флюса, степени пере­грева в момент выпуска в воду, в связи с чем флюс может полу­читься плотным, с прозрачными зернами — «стекловидный», либо пористым, рыхлым — «пемзовидным». Пемзовидный флюс при том же составе имеет в 1,5—2 раза меньший удельный вес. Эти флюсы хуже защищают металл от действия воздуха, но обеспе­чивают лучшее формирование швов при больших силах тока и скоростях сварки.

Флюсы марок АН-348А, АН-60, ФЦ-9 предназначены для сварки углеродистых и низколегированных сталей; флюс АН-20 для сварки легированных сталей; флюсы АН-22, Ан-26 для сварки коррозионностойких и жаропрочных легированных сталей.

Флюсы различают также и по размеру зерен. Так, флюсы АН-348-А; АН-20-С; АН-26-П имеют размер зерен 0,35-3 мм; флюсы АН-348-АМ; ФЦ-9; АН-20-0,25-1,6 мм; флюсы АН-8; АН-22 и АН-26С — 0,35—4 и флюс АН-26-СП — 0,25—4 мм. Стекловидные флюсы с размером зерен не более 1,6 мм предназначены для сварки электродной проволокой (диаметром не свыше 3 мм).

В обозначении марки флюса буквы означают: М — мелкий, С — стекловидный, П — пемзовидный, СП — смешанный. Пример условного обозначения флюса по стандарту: флюс АН-348-АМ—ГОСТ 9087-69.

Таблица 1. Флюсы сварочные плавленые

Марка флюса		Содержание (не более), % по массе
		SiO2	MnO	CaO	MqO	Al2O3	CaF2	K2O Na2O	Fe2O3	S	P
АН-348А АН-60 ФЦ-9 АН-8 АН-20 АН- 22 АН-26	Окисли- тельные флюсы Слабо- окисли- тельные флюсы	41-44 42,5-46,5 38-41 33-36 19-24 18-21,5 29-33	34-38 36-41 38-41 21-26 0,5 7-9 2,5-4	6,5 3-11 6,5 4-7 3-9 12-15 4-8	5-7,5 0,5-3 2,5 5-7,5 9-13 11,5-15 15-18	4,5 5 10-13 11-15 27-32 19-23 19-23	4-5,5 5-8 2-3 13-19 25-33 20-24 20-24	2-3 1-2 -	2 1,5 2 1,5-3,5 1 1 1,5	0,15 0,15 0,10 0,15 0,08 0,05 0,10	0,12 0,15 0,10 0,15 0,05 0,05 0,10

Так как химический состав металла шва тесно связан с хими­ческой активностью флюса и составом сварочной проволоки, флюс для сварки различных марок углеродистой и низколеги­рованной стали и марку проволоки выбирают одновременно, т. е. вы­бирают систему флюс — проволока. Для предупреждения обра­зования в швах пор металл швов должен содержать не менее 0,2—0,4% кремния и марганца. Это и определяет систему выбора флюса и сварочной проволоки.

В настоящее время используют три основные системы.

1. Низкоуглеродистая электродная проволока (Св-08, Св-08А и т. п.) и высокомарганцовистый (35—45% МпО) флюс с высоким содержанием кремнезема (40—45% SiO₂). Легирование шва крем­ нием и марганцем происходит за счет кремнемарганцевосстанови- тельных процессов, количество восстанавливаемого из флюса в шов легирующего элемента сравнительно невелико (Si ≤ 0,4%; Мп ≤ 0,7%). При использовании керамического флюса легиро­ вание металла шва марганцем и кремнием происходит путем их введения во флюс в виде ферросплавов.

2. Низкоуглеродистая проволока, легированная до 2% Мп (типа Св-10Г2), и высококремнистый (кислый) флюс, содержащий 40—42% SiO₂ и не более 15% МпО. В этом случае легирование шва марганцем происходит за счет проволоки, а кремнием — за счет восстановления его из флюса.

3. Среднемарганцовистая электродная проволока (~ 1 % Мп) и среднемарганцовистый (~ 30% Мп) кислый флюс. Легирова­ ние металла шва марганцем происходит за счет проволоки и мар- ганцевосстановительного процесса из флюса, кремнием — за счет кремневосстановительного процесса из флюса. Другие марки флюса, предназначенные для сварки различных высоко- или сложно легированных сталей и цветных металлов, не стандарти­ зованы и поставляются по различным ведомственным техниче­ ским условиям..

Для электрошлаковой сварки применяют флюсы общего назна­чения (АН-348-А, АН-22, 48-ОФ-6, АНФ-5) и флюсы, предна­значенные именно для данного процесса (АН-8 и АН-25). Содер­жание в этих флюсах окислов титана обеспечивает высокую электропроводность их в твердом состоянии, что важно в начале процесса, при возбуждении дуги для создания начального объема шлаковой ванны. Лучшим с технологической точки зрения явля­ется флюс АН-8.

Таблица 2 Флюсы сварочные плавленые безокислительные и бескислородные

Марка флюса		Содержание (не более), % по массе
		SiO2	MnO	Al2O3	CaO	MqO	CaF2	NaF	FeO	S	P
АН-30 АН-70 48-ОФ-6 АНФ-8 АНФ-5	Безокис- литель- ный ÷ ÷ Бескис- лородн.	2-5 8 3,5-6 2 2	- - 0,3 -	39-44 30-40 20-24 25-35	16-20,5 25-35 16-20 12-18	13-16 - 2 -	19-23 20-30 50-60 45-55 75-80	- 1-3 - - 17-25	1 - 1 1 1	0,08 0,09 0,025 0,05 0,05	0,05 0,05 0,025 0,05 0,02

Флюсы АН -30, АН-70 применяются присварке хромоникелевых сталей, 48-ОФ-6, АНФ-8, АнФ-5 применяются при дуговой и ЭШС хромоникелевых сталей при работе сварных соединений в сильноагрессивной среде.

При механизированной сварке меди и ее сплавов успешно используют обычные марки флюсов АН-348-А, АН-20, АН-26, т. е. флюсов, широко применяемых для сварки сталей. Для сварки алюминия и его сплавов по слою флюса разработаны две основные марки бескислородных флюсов: АН-А1 и АН-А4 (табл. 3).

Таблица 3. Составы флюсов, предназначенных для сварки алюминия и его сплавов, титана и его сплавов

Марка флюса	Состав,%	Назначение
АН-А1 АН-А4 АН-Т1 АН-Т3	Хлористый калий 50 Хлористый натрий 20 Криолит 30 Хлористый калий 50 Криолит 30 Хлористый литий 20 Фтористый кальций 79,5 Хлористый барий 19 Фтористый натрий 1,5 Фтористый кальций 85,5 Хлористый барий 10 Фтористый натрий 1,5	Дуговая сварка алюминия Дуговая сварка алюминиево-магниевых сплавов Дуговая сварка титана

Эти флюсы изготовляют сплавлением входящих в их состав солей или механическим их смешиванием. Флюс АН-А1 пригоден только для сварки алюминия. При сварке алюминиево-магниевых сплавов натрий, входящий в состав флюса в виде NаС1, попадая в сварочную ванну, восстанавливается магнием, что приводит к пористости швов, а это существенно снижает пластичность металла шва. По указанной причине для сварки алюминиево-магниевых сплавов применяют флюс АН-А4, который не содер­жит солей натрия. Для электрошлаковой сварки алюминия также разработаны специальные флюсы.

При сварке титана используют бескислородные флюсы типа АН-Т1, АН-ТЗ и др., в состав которых в основном входят фтори­стые и хлористые соединения. Фтористые соединения могут реагировать с окислами титана и растворять их, но для обеспе­чения необходимых технологических свойств флюса в них вводят хлористые соединения.

Тема 1.4 Основы способа сварки плавящимся электродом в защитном газе. Схема процесса сварки. Автоматическая и механизированная сварка. Сварочная проволока сплошного сечения и порошковая. Защитные газы – характеристики, подача в зону сварки. Влияние газов на технологический процесс сварки. Параметры режима сварки. Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом. Технологические особенности сварки. Область применения. Оборудование поста механизированной сварки в защитном газе.

ДУГОВАЯ СВАРКА В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Сварка в защитных газах нашла широкое применение в промыш­ленности. Этим способом можно соединять вручную, полуавтомати­чески или автоматически в различных пространственных положе­ниях разнообразные металлы и сплавы толщиной от десятых долей до десятков миллиметров.

Сущность способа. При сварке в зону дуги 1 через сопло 2 непрерывно подается защитный газ 3 (рис. 1). Теплотой дуги расплавляется основной металл 4 и, если сварку

Рис.1 Дуговая сварка в защитных газах

выполняют плавящимся электродом, расплавляется и электродная проволока. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизу­ясь, образует шов. При сварке неплавящимся электродом электрод не рас­плавляется, а его расход вызван испа­рением металла или частичным оплавле­нием при повышенном допустимом сва­рочном токе.

Образование шва происходит за счет расплавления кромок основного металла или дополнительно вводимого присадоч­ного металла. В качестве защитных газов применяют инертные (аргон и гелий) и активные (углекислый газ, водород, кислород и азот) газы, а также их смеси (Аг + Не, Аг '+ С0₂, Аг + 0₂, С0₂ + 0₂ и др.). По отношению к электроду защитный газ можно подавать центрально или сбоку (рис. 2). Сбоку газ подают при больших скоростях сварки плавящимся электродом, когда при центральной защите надежность защиты нарушается из-за обдувания газа неподвижным воздухом. Сквоз­няки или ветер при сварке, сдувая струю защитного газа, могут резко ухудшить качество сварного шва или соединения. В неко­торых случаях, особенно при сварке вольфрамовым электродом, для получения необходимых технологических свойств дуги, а также с целью экономии дефицитных и дорогих инертных газов используют защиту двумя концентрическими потоками газа.

Для сварки тугоплавких и активных металлов, часто выпол­няемой вольфрамовым электродом, для улучшения защиты нагре­того и расплавленного металлов от возможного подсоса в зону сварки воздуха используют специальные камеры (сварка в контро­лируемой атмосфере). Небольшие детали помещают в специальные камеры, откачивают воздух до создания вакуума до 10^-4 мм рт. ст. и заполняют инертным газом высокой чистоты. Сварку выполняют вручную (рис. 3) или автоматически с дистанционным управле­нием.

а) У) <»

Рис.2 Подача защитных газов в зону сварки:

а) центральная одним концентрическим потоком, б) центральная двумя концентрическими потоками, в) боковая, г) в подвижную камеру насадку.

1 –электрод, 2 –защитный газ, 3 и 4 –наружный и внутренний потоки защитных газов, 5 –насадка, 6 –распределительная сетка.

Рис. 3. Камера с контролируемой атмосферой для ручной дуговой сварки вольфрамовым электродом:

1 — корпус камеры; 2 — смотровое окно; 3 — рабочие рукава-перчатки сварщика, сое­диненные с корпусом камеры; 4 — горелка

Для сварки в контролируемой атмосфере крупногабаритных изделий находят применение камеры объемом до 450 м³. Сварщик находится внутри камеры в специальном скафандре с индивидуальной системой дыхания. Инертный газ, заполняю­щий камеру, регулярно очищается и частично заменяется. Для доступа сварщика в камеру и подачи необходимых материалов имеется система шлюзов. При крупногабаритных изделиях исполь­зуют переносные мягкие камеры из полиэтилена, устанавливае­мые на поверхности изделия. После их продувки и заполнения защитным газом сварку выполняют вручную или механизиро­ванно. Для этих же целей используют подвижные камеры (рис. 2, г), представляющие собой дополнительную насадку на уширенное газовое сопло горелки. Сварка в этом случае обычно выполняется автоматически.

Теплофизические свойства защитных газов оказывают боль­шое влияние на технологические свойства дуги и форму швов. Например, по сравнению с аргоном гелий имеет более высокий потенциал ионизации и большую теплопроводность при темпера­турах плазмы. Поэтому дуга в гелии более «мягкая». При равных условиях дуга в гелии имеет более высокое напряжение, а обра­зующийся шов имеет меньшую глубину проплавления и большую ширину. Поэтому гелий целесообразно использовать при сварке тонколистового металла. Кроме того, он легче воздуха и аргона, что требует для хорошей защиты зоны сварки повышенного его расхода (1,5—3 раза). Углекислый газ по влиянию на форму шва занимает промежуточное положение.

Широкий диапазон используемых защитных газов, обладаю­щих значительно различающимися теплофизическими свойствами, обусловливает большие технологические возможности этого способа как в отношении свариваемых металлов (практически всех), так и их толщин (от 0,1 мм до десятков миллиметров). Сварку можно выполнять, используя также неплавящийся (угольный, вольфрамовый) или плавящийся электрод.

По сравнению с другими способами сварка в защитных газах обладает рядом преимуществ: высокое качество сварных соедине­ний на разнообразных металлах и сплавах различной толщины; возможность сварки в различных пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за образованием шва, что особенно важно при полуавтоматической сварке; отсутствие опе­раций по засыпке и уборке флюса и удалению шлака; высокая производительность и легкость механизации и автоматизации; низкая стоимость при использовании активных защитных газов. К недостаткам способа по сравнению со сваркой под флюсом относится необходимость применения защитных мер против све­товой и тепловой радиации дуги.

Техника сварки неплавящимся электродом.

В настоящее время сварка угольным электродом находит ограниченное применение При применении вольфрамового электрода в качестве защит­ных используют инертные газы или их смеси и постоянный или переменный ток. Лучшие результаты при сварке большинства металлов дает применение электродов не из чистого вольфрама, а торированных, иттрированных или лантанированных. Добавка в вольфрам при изготовлении электродов 1,5—2% окислов иттрия и лантана повышает их стойкость и допускает применение повы­шенных на 15% сварочных токов. Перед сваркой рабочий конец электрода обычно затачивают на конус с углом 60° на длине двух-трех диаметров. Форма заточки электрода влияет на форму и раз­меры шва. С уменьшением угла заточки и диаметра притупления в некоторых пределах глубина проплавления возрастает.

Технологические свойства дуги в значительной мере опреде­ляются родом и полярностью сварочного тока. При прямой полярности на изделии выделяется до 70% теплоты дуги, что обес­печивает глубокое проплавление основного металла. При обрат­ной полярности напряжение дуги выше, чем при прямой поляр­ности. На аноде — электроде выделяется большое количество энергии, что приводит к значительному его разогреву и возмож­ному оплавлению рабочего конца. Ввиду этого допустимые плот­ности сварочного тока понижены. Дугу постоянного тока обратной полярности с вольфрамовым электродом в практике используют ограниченно.

При использовании переменного тока полярность электрода и изделия меняется с частотой тока. Поэтому количество теплоты, выделяющейся на электроде и изделии, примерно одинаково. Электропроводность дуги различна в различные полупериоды полярности переменного тока. Она выше в те полупериоды, когда катод на электроде (прямая полярность) и дуговой разряд про­исходит в основном за счет термоионной эмиссии ввиду высокой температуры плавления и относительно низкой теплопроводности вольфрама. В полупериоды, когда катод на изделии, электропро­водность дуги ниже, напряжение, требуемое для возбуждения дуги, выше, поэтому ее возбуждение происходит с некоторым опо­зданием (рис. 4).

В соответствии с различным напряжением дуги в разные полу­периоды переменного тока различна и величина сварочного тока, т. е. в сварочной цепи появляется постоянная составляющая тока. В данном случае мы имеем дело с выпрямляющим (вентильным) эффектом рассматриваемого типа дуги, вызванным различием теплофизических свойств электрода и изделия. Величина постоянной составляющей зависит от величины сварочного тока, скорости сварки, свариваемого металла и т. д. Ее наличие ухудшает каче­ство сварных швов на алюминиевых сплавах и снижает стойкость вольфрамового электрода. Для уменьшения величины постоянной составляющей тока применяют различные способы..

На изделии

- +

Рис.4 Асимметрия дуги переменного тока при сварке вольфрамовым электродом в среде аргона. U_ист–напряжение источника сварочного тока,U_д–напряжение дуги,I_д –ток дуги.

Интересной разновидностью применения вольфрамового элек­трода является сварка погруженной дугой (рис. 5), при которой используют электрод повышенного диаметра и повышенный сва­рочный ток. Соединение собирают встык без разделки кромок, без зазора. При увеличении подачи защитного газа 1 через сопло до 40—50 л/мин дуга обжима­ется газом, что повышает ее температуру. Как и в плазматронах, проходящий через дугу газ, нагреваясь, увеличивает свой объем и приобретает свой­ства плазмы. Давление защит­ного газа и дуги 2, вытесняя расплавленный металл 4 из-под дуги, способствует ее углубле­нию в основной металл 3.

Таким образом, дуга горит в образовавшейся в металле полости. Это позволяет опус­тить электрод так, чтобы дуга горела ниже поверхности ме­талла (погруженная в металл дуга). Образующаяся ванна расплавленного металла при кристаллизации образует шов. Этим способом можно сваривать титан, алюминий, высоколеги­рованные стали и другие ме­таллы толщиной до 36 мм с двух сторон (чем меньше плотность свариваемого металла, тем больше толщина). Шов при этом имеет специфическую боч­кообразную форму, определяе­мую тем, что дуга горит ниже верхней плоскости металла.

Сварку погруженной дугой можно осуществлять и в вер­тикальном положении на подъ­ем. В этом случае расплав­ленный металл сварочной ван­ны, стекая вниз, удерживается кристаллизатором (медным ох­лаждаемым водой кокилем), который и формирует прину­дительно шов. Сварка возмож­на с одной стороны с непол­ным проплавлением или за два прохода с двух сторон с не­полным проплавлеиием в каждый проход. При сварке погру­женной дугой применяют вход­ные и выходные планки для вы вода дефектных начального (неполный провар) и конечного (уса­дочная раковина) участков шва.

Рис. 5 Сварка в защитных газах вольфрамовым электродом погруженной дугой

В последние годы для сварки тонколистового металла находит применение импульсная дуга. Основной металл расплавляется дугой, горящей периодически отдельными импульсами постоянного тока (рис. 6, а) с определенными интервалами во времени. При боль­шом перерыве в горении дуги (t_п) дуговой промежуток деионизируется, что приводит к затруднению в повторном возбуждении дуги. Для устранения этого недостатка постоянно поддерживается вторая, обычно маломощная дежурная дуга от самостоятельного источника питания. На эту дугу и накладывается основная им­пульсная дуга. Дежурная дуга, постоянно поддерживая термо­электронную эмиссию с электрода, обеспечивает стабильное воз­никновение основной сварочной дуги.

Рис. 6. Изменение сварочного тока и напряжения при импульсной сварке вольфрамовым электродом (а);I _св — сварочный ток; I _деж — ток дежурной дуги; ( t_п - время паузы; t_св — время сварки (t_св + t_п = t _ц — время цикла); швы в плоскости (б) и продольном сечении (в)

Шов в этом случае состоит из отдельных перекрывающих друг друга точек (рис. 6, б и в). Величина перекрытия зависит от металла и его толщины, силы сварочного тока и тока дежурной дуги, скорости сварки и т. д. С увеличением силы тока и дли­тельности его импульса ширина шва и глубина проплавления уве­личиваются (рис. 7). Размеры шва в большей степени зависят от силы тока, чем от длительности его импульса. Благоприятная форма отдельных точек, близкая к кругу, уменьшает возможность вытекания расплавленного металла из сварочной ванны (про­жога). Поэтому сварку легко выполнять на весу без подкла­док при хорошем качестве во всех пространственных положе­ниях.

Представляет определенный интерес использование внешнего магнитного поля для отклонения или перемещения непрерывно горящей дуги. Внешнее переменное или постоянное магнитное поле, параллельное или перпендикулярное к направлению сварки, создается П-образными электромагнитами. При использовании постоянного магнитного поля дугу можно отклонить в любую сторону относительно направления сварки. При от-

клонении дуги в сторону направления сварки (магнитное поле также параллельно направлению сварки) наблюдается такой же эффект, как и при сварке наклонным электродом — углом вперед. В этом случае уменьшается глубина проплавления. При отклонении дуги в об­ратном направлении наблюдается увеличение глубины проплав­ления, как при

сварке с наклоном электрода углом назад.

При переменном внешнем магнитном поле дуга колеблется с частотой внешнего магнитного поля. В результате изменяются условия ввода теплоты в изделие и, в частности, ее распределение по поверхности. При колебании дуги поперек направления сварки увеличивается ширина шва и уменьшается глубина проплавления. Это позволяет сваривать тонколистовой металл. Удобно исполь­зовать этот способ для сварки разнородных металлов (например, меди и стали и др.) небольшой толщины при отбортовке кромок.

Колебания, сообщаемые расплавленному металлу сварочной ванны, изменяют характер его кристаллизации и способствуют измельчению зерна. В результате улучшаются свойства наплав­ленного металла. Поэтому этот способ используют при сварке металлов, характеризующихся крупнозернистым строением ме­талла шва, таких как алюминий, медь, титан и их сплавы. Имеется положительный опыт использования способа и при сварке высокопрочных сталей и сплавов.

Рис 7. Зависимость размеров шва от основных параметров импульсно –дуговой

сварки.

Сварка вольфрамовым электродом обычно целесообразна для соединения металла толщиной 0,1—6 мм. Однако ее можно при­менять и для больших толщин. Сварку выполняют без присадки, когда шов формируется за счет расплавления кромок, и с допол­нительным присадочным металлом, предварительно уложенным в разделку или подаваемым в зону дуги в виде присадочной проволоки. Угловые и стыковые швы во всех пространственных положениях выполняют вручную, полуавтоматически и автома­тически.

Для получения качественной сварки, особенно тонколистовых конструкций, следует обеспечивать точную подготовку и сборку кромок прихватками вручную вольфрамовым электродом или в специальных сборочно-сварочных приспособлениях.

Загрязнение рабочего конца электрода понижает его стойкость (образуется сплав вольфрама с более низкой температурой плав­ления) и ухудшает качество шва. Поэтому дугу возбуждают без прикосновения к основному металлу или присадочной проволоке, используя осциллятор. При правильном выборе силы сварочного тока рабочий конец электрода расходуется незначительно и долго сохраняет форму заточки.

Качество шва в большой степени определяется надежностью оттеснения от зоны сварки воздуха. Необходимый расход защит­ного газа устанавливают в зависимости от состава и толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и скорости сварки. Соединения на рис. 8, а и б для достаточной защиты требуют нормального расхода газов. Типы соединений на рис. 8, в и г требуют повышенного расхода защитного газа, поэтому при сварке этих соединений рекомендуется применять экраны, устанавливаемые сбоку и параллельно шву. Поток за­щитного газа при сварке должен надежно охватывать всю область сварочной ванны, разогретую часть присадочного прутка и элект­род. При повышенных скоростях сварки поток защитного газа может оттесняться воздухом.

Рис.8 Расположение границы защитной струи газа при сварке соединений различных типов.

В этих случаях следует увеличивать расход защитного газа.

При сварке многопроходных швов с V- или Х-образной раз­делкой кромок первый проход часто выполняют вручную или механизированно без присадочного металла на весу. Разделку заполняют при последующих проходах с присадочным металлом. Для формирования корня шва можно использовать медные или стальные съемные подкладки, флюсовую подушку. В некоторых случаях возможно применение и остающихся подкладок. При сварке активных металлов необходимо не только получить хо­роший провар в корне шва, но и обеспечить защиту от воздуха с обратной стороны расплавленного и нагретого металлов. Это достигается использованием медных или других подкладок с ка­навками, в которые подается защитный инертный газ (рис. 9). Эта же цель в некоторых случаях достигается при использовании флюсовых подушек.

При сварке труб или закрытых сосудов газ пропускают внутрь сосуда. Инертные газы, увеличивая поверхностное натяжение расплавленного металла, улучшают формирование корня шва. Поэтому их поддув используют при сварке сталей на весу. При сварке на весу, особенно без присадочного металла, следует тща­тельно поддерживать требуемую величину зазора между кром­ками.

Рис.9 Подкладки для защиты от воздуха обратной стороны шва при сварке:

а) односторонней, б) двусторонней. 1 –медная подкладка, 2 –защитный газ, 3 –свариваемый металл, 4 –зажимное приспособление.

Рис.10 Расположение горелки и присадочного прутка при ручной аргонодуговой сварке: 1 –электрод, 2 –присадочный пруток, 3 –защитный газ, 4 –пруток.

При соединении встык метал­ла толщиной до 10 мм ручную сварку ведут справа налево (рис. 10). При сварке металла мень­шей толщины угол между горел­кой и изделием устанавливают равным 60°. При сварке изделий больших толщин применяют пра­вый способ; угол между горелкой и изделием, так же как и при сварке угловых соединений, ус­танавливают равным 90°.

Присадочный пруток при руч­ной сварке тонколистового ма­териала вводят не в столб дуги, а несколько сбоку возвратно-поступательными движениями; при сварке металла большей тол­щины — поступательно-поперечными перемещениями. При сварке многослойных швов отдельные валики рекомендуется выполнять не на всю ширину разделки (многопроходными).

При автоматической и полуавтоматической сварке электрод располагают перпендикулярно к поверхности изделия. Угол между ним и присадочной проволокой (обычно диаметром 2—4 мм) дол­жен приближаться к 90°. В большинстве случаев направление сварки выбирают таким, чтобы присадочный пруток находился впереди дуги (подавался в головную часть сварочной ванны).

При автоматической и полуавтоматической сварке вертикаль­ных швов на спуск, если сварочная ванна имеет значительные размеры, возможно затекание расплавленного металла под воль­фрамовый электрод, что резко уменьшает глубину проплавления и может привести к короткому замыканию. Вылет конца элект­рода из сопла не должен превышать 3—5 мм, а при сварке угло­вых швов и стыковых с глубокой разделкой — 5—7 мм. Длина дуги должна поддерживаться в пределах 1,5—3 мм. Для преду­преждения непровара в начале и конце шва рекомендуется при­менять выводные планки. Обрывать дугу следует постепенным ее удлинением, а при автоматической сварке — уменьшением силы сварочного тока. Для предупреждения окисления вольфрама и защиты расплавленного металла в кратере после обрыва дуги защитный газ выключают через 5—10 с. Защитный газ включают за 15—20 с до возбуждения дуги для продувки шлангов от воздуха.

Техника сварки плавящимся электродом.

В зависимости от свариваемого металла и его толщины в качестве защитных газов используют инертные, активные газы или их смеси. В силу физи­ческих особенностей стабильность дуги и ее технологические свой­ства выше при использовании постоянного тока обратной поляр­ности. При использовании постоянного тока прямой полярности количество расплавляемого электродного металла увеличивается на 25—30%, но резко снижается стабильность дуги и повышаются потери ме­талла на разбрызгивание. Применение переменного тока невозможно из-за не­стабильного горения дуги.

При сварке плавящим­ся электродом шов обра­зуется за счет проплав­ления основного металла и расплавления дополнительного ме­талла — электродной проволоки. Поэтому форма и размеры шва, помимо прочего (скорости сварки, пространственного по­ложения электрода и изделия и др.), зависят также от харак­тера расплавления и переноса электродного металла в сварочную ванну. Характер переноса электродного металла определяется в основном материалом электрода, составом защитного газа, плотностью сварочного тока и рядом других факторов.

Можно выделить три основные формы расплавления электрода и переноса электродного металла в сварочную ванну. Процесс сварки с периодическими короткими замыканиями характерен для сварки электродными проволоками диаметром 0,5—1,6 мм при короткой дуге с напряжением 15—22 В. Во время короткого замы­кания капли расплавленного электродного металла переходит сварочную ванну.

Частота периодических замыканий дугового промежутка может изменяться в пределах 90—450 в секунду. Для каждого диаметра электродной проволоки в зависимости от его материала, защит­ного газа и т. д., существует диапазон сварочных токов, в котором м возможен процесс сварки с короткими замыканиями. При оптимальных параметрах процесса сварка возможна в различных пространственных положениях, а потери электродного метал­ла на разбрызгивание не превышают 7%. Периодиче­ские короткие замыкания могут осуществляться и принудительно (вибродуговая сварка)

Увеличение плотности сварочного тока и длины напряжения) дуги ведет к изменению характера расплавления и переноса электродного металла, перехода от варки короткой дугой с короткими за­мыканиями к процессу с редкими короткими замыканиями или без них. В сварочную ванну электродный металл перено­сится нерегулярно, отдельными крупными каплями различ­ного размера, хорошо заметными невооруженным глазом. При этом ухудшаются технологические свойства дуги, затрудняется сварка в потолочном положении, а потери электрод­ного металла на угар и разбрызгивание возрастают до 15%.

Для улучшения технологических свойств дуги применяют периодическое изменение ее мгновенной мощности — импульсно-дуговая сварка (рис. 11). Теплота, выделяемая основной дугой, недостаточна для плавления электродной проволоки со скоростью, равной скорости ее подачи. Вследствие этого длина дугового промежутка уменьшается. Под действием импульса тока про­исходит ускоренное расплавление электрода, обеспечивающее формирование капли на его конце. Резкое увеличение электро­динамических сил сужает шейку капли и сбрасывает ее в направлении сварочной ванны в любом пространственном по­ложении.

Рис.11 Изменение тока и напряжения дуги при импульсно-дуговой сварке;

I _п ,U _п – ток и напряжение основной дуги, I _и,U _и ток и напряжение дуги во время импульса, Т_п и Т_и – длительность паузы и импульса.

Можно использовать одиночные импульсы (рис. 11) или группу импульсов с одинаковыми и различными параметрами. В послед­нем случае первый или первые импульсы ускоряют расплавление электрода, а последующие сбрасывают каплю электродного ме­талла в сварочную ванну. Устойчивость процесса зависит от соот­ношения основных параметров (величины и длительности импуль­сов и пауз). Соответствующим подбором тока основной дуги и импульса можно повысить скорость расплавления электродной проволоки, изменить форму и размеры шва, а также уменьшить нижний предел сварочного тока, обеспечивающий устойчивое горение дуги.

При достаточно высоких плотностях постоянного по величине (без импульсов или с импульсами) сварочного тока обратной по­лярности и при горении дуги в инертных газах может наблю­даться очень мелкокапельный перенос электродного металла. Название «струйный» он получил потому, что при его наблюде­нии невооруженным глазом создается впечатление, что расплав­ленный металл стекает в сварочную ванну с торца электрода непрерывной струей. Изменение характера переноса электродного металла с капельного на струйный происходит при увеличении силы сварочного тока до «критического» для данного диаметра электрода.

Величина критического тока уменьшается при активировании электрода (нанесении на его поверхность тем или иным способом некоторых легкоионизирующих веществ), увеличении вылета электрода. Изменение состава защитного газа также влияет на величину критического тока. Например, добавка в аргон до 5% кислорода снижает значение критического тока. При сварке в угле­кислом газе без применения специальных мер получить струй­ный перенос электродного металла невозможно. Он не получен и при использовании тока прямой полярности.

При переходе к струйному переносу поток газов и металла от электрода в сторону сварочной ванны резко интенсифицируется благодаря сжимающему действию электромагнитных сил. В ре­зультате под дугой уменьшается прослойка жидкого металла, в сварочной ванне появляется местное углубление. Повышается теплопередача к основному металлу, и шов приобретает специ­фическую форму с повышенной глубиной проплавления по его оси. При струйном переносе дуга очень стабильна — колебаний сварочного тока и напряжений не наблюдается. Сварка возможна во всех пространственных положениях.

При сварке плавящимся электродом, так же как и при сварке неплавящимся электродом, внешние магнитные поля отклоняют дугу. Однако эффект от использования внешнего магнитного поля наблюдается при сварке длинной дугой и наиболее заметен при струйном переносе электродного металла. В этом случае расплавленный торец электрода колеблется синхронно с частотой внешнего магнитного поля. При поперечных колебаниях увели­чивается ширина шва и уменьшается глубина проплавления. В ре­зультате образующийся шов не имеет повышенной глубины про­плавления по его оси.

Изменять технологические характеристики дуги можно, ис­пользуя центральную подачу защитного газа с высокой скоростью. Высокие скорости истечения газа при обычных расходах дости­гаются применением сопл с уменьшенным выходным отверстием. Обдувание дуги газом способствует уменьшению ее поверхности, т.е сжатию. В результате ввод теплоты дуги в изделие стано­вится более концентрированным. Кинетическим давлением по­тока газа расплавленный металл оттесняется из-под дуги, и дуга углубляется в изделие. В результате глубина проплавления уве­личивается в 1,5—2 раза. Однако при этом повышается и воз­можность образования в швах дефектов.

В последние годы в отечественной и зарубежной практике находит применение способ сварки по узкому или щелевому зазору. При этом способе изделия толщиной до 200 мм без скоса кромок собирают с зазором между ними 6—12 мм. Сварку осу­ществляют на автоматах, плавящимся и неплавящимся электро­дом, одной или двумя последовательными дугами (при плавя­щемся электроде сварочные проволоки диаметром до 2 мм). При сварке сталей плавящимся электродом для защиты лучше исполь­зовать смесь из 75—80% аргона и 25—20% углекислого газа. Для сварки алюминия и его сплавов применяют смесь аргона и гелия. Разделку заполняют путем наложения одинаковых по сечению валиков . Метод характеризуется уменьшенной протяженностью зоны термического влияния и равномерной мелко­кристаллической структурой швов. Возможна сварка не только в нижнем, но и в других пространственных положениях.

Экономичность способа определяется уменьшением числа про­ходов в шве за счет отсутствия разделки кромок. Повышение производительности достигается также повышением скорости расплавления электродной проволоки с увеличенным вылетом. Нагрев электрода в вылете протекающим по нему сварочным током обеспечивает повышение коэффициента расплавления. Однако при этом уменьшается глубина проплавления, поэтому способ целесообразно применять для сварки швов, требующих большого количества наплавленного металла.

При сварке плавящимся электродом в защитных газах зави­симости формы и размеров шва от основных параметров режима такие же, как и при сварке под флюсом . Для сварки используют электродные проволоки малого диаметра (до 3 мм). Поэтому швы имеют узкую форму провара и в них может наблю­даться повышенная зональная ликвация. Применяя поперечные колебания электрода изменяют форму шва и условия кристаллизации металла сварочной ванны и умень­шают вероятность зональной ликвации. Имеется опыт примене­ния для сварки в углекислом газе электродных проволок диа­метром 3—5 мм. Сила сварочного тока в этом случае достигает 2000 А, что значительно повышает производительность сварки. Однако при подобных форсированных режимах наблюдается ухуд­шенное формирование стыковых швов и образование в них под­резов. Формирование и качество угловых швов вполне удовлет­ворительны.

Ввиду высокой проплавляющей способности дуги повышаются требования к качеству сборки кромок под сварку. Качественный провар и формирование корня шва обеспечивают теми же прие­мами, что и при ручной сварке или сварке под флюсом (подкладки флюсовые и газовые подушки и т. д.).

Величина вылета электрода должна соответствовать следующим значениям

Диаметр Эл. пр., мм 0,5 0,8 1,0 1,6 2,0

Вылет электрода, мм 5-7 6-8 8-10 10-12 12-14

Расстояние от сопла горелки до изделия обычно выдерживают в пределах 8-15мм. Токоподводящий наконечник должен находиться на уровне краев сопла или утапливаться до 3мм.

При сварке тонколистового металла электрод отклоняют от вертикали на 20-30⁰в сторону направления сварки.

ЗАЩИТНЫЕ ГАЗЫ

Защитные газы делятся на две группы: химически инертные и активные. Газы первой группы с металлом, нагретым и рас­плавленным, не взаимодействуют и практически не растворяются в них. При использовании этих газов дуговую сварку можно выполнять плавящимся или неплавящимся электродом. Газы второй группы защищают зону сварки от воздуха, но сами либо растворяются в жидком металле, либо вступают с ним в химиче­ское взаимодействие.

Ввиду химической активности углекислого газа по отноше­нию к нагретому вольфраму (окисление и разрушение вольфрама) для дуговой сварки в углекислом газе используют плавящиеся электроды или неплавящиеся (угольные или графитовые).

К химически инертным газам, используемым при сварке, относятся аргон и гелий Из химически активных газов основное значение имеет углекислый газ.

Аргон — газообразный чистый поставляется по ГОСТ 10157—73 трех сортов: высший, первый и второй. Содержание аргона соот­ветственно равно: 99,99%; 99,98%; 99,95%. Примесями служат кислород, азот и влага.

Хранится и транспортируется аргон в газообразном виде в стальных баллонах под давлением 150 ат, т. е. в баллоне нахо­дится 6,2 м8 газообразного аргона в пересчете на температуру 20° С и давление 760 мм рт. ст. Возможна также транспорти­ровка аргона в жидком виде в специальных цистернах или сосу­дах Дыоара с последующей его газификацией. Баллон для хра­нения аргона окрашен в серый цвет, надпись зеленого цвета.

Аргон высшего сорта предназначен для сварки химически активных металлов (титана, циркония, ниобия) и сплавов на их основе. Аргон первого сорта рекомендуется для сварки неплавя­щимся электродом сплавов алюминия, магния и других металлов, менее чувствительных к примесям кислорода и азота. Аргон второго сорта используют при сварке коррозионно-стойких сталей.

Гелий — газообразный чистый поставляют по техническим условиям. Содержание примесей в гелии высокой чистоты не бо­лее 0,02%, в техническом до 0,2%. Примеси: азот, водород, влага. Хранят и транспортируют гелий так же, как и аргон, в стальных баллонах емкостью 40 л при давлении 150 ат. Цвет баллона коричневый, надпись белого цвета. В связи с тем, что гелий в 10 раз легче аргона, расход гелия при сварке увеличивается в 1,5—3 раза.

Углекислый газ поставляется по ГОСТ 8050—76. Для сварки используют сварочную углекислоту сортов I и II, которые отли­чаются лишь содержанием паров воды (соответственно 0,178 и 0,515 Н20 в 1 м3 С02). Применяют иногда и пищевую углекислоту, имеющую в баллоне в виде примеси свободную воду, в связи с чем требуется особенно тщательное осушение газа. Углекислоту транспортируют и хранят в стальных баллонах или цистернах большой емкости в жидком состоянии с последующей газифика­цией на заводе, с централизованным снабжением сварочных постов через рампы. В баллоне емкостью 40 л содержится 25 кг С02, дающего при испарении 12,5 м3 газа при давлении 760мм рт. ст. Баллон окрашен в черный цвет, надписи желтого цвета.

При применении углекислого газа вследствие большого коли­чества свободного кислорода в газовой фазе сварочная прово­лока должна содержать дополнительное количество легирующих элементов с большим сродством к кислороду, чаще всего SI и Мn (сверх того количества, которое требуется для легирования металла шва). Наиболее широко применяется проволока Св-08Г2С.

При применении защитных газов следует учитывать техноло­гические свойства газов (например, значительно больший расход гелия, чем аргона), влияние на форму проплавления и форму шва и стоимость газов.

Стремление уменьшить повышенное разбрызгивание металла и улучшить формирование шва при сварке в углекислом газе дало толчок к применению смесей углекислого газа с кислородом (2—5%). В этом случае изменяется характер переноса металла;он переходит в мелкокапельный; потери металла на разбрызгива­ние уменьшаются на 30—40%.

При сварке сталей по узкому зазору с целью стабилизации процесса сварки и уменьшения расхода дорогого и дефицитного аргона вполне целесообразно применение двойных смесей (75% Аг + 25% С0₂) и тройных смесей (аргона, углекислого газа и кис­лорода). Для алюминиевых сплавов весьма эффективно с точки зрения производительности применение смеси, состоящей из 70% Не и 30% Аг. В этом случае значительно увеличивается толщина металла, свариваемого за один проход, и улучшается формирование шва. Газовые защитные смеси имеют весьма зна­чительные перспективы, но широкое их применение требует орга­низации централизованного снабжения сварочного производства смесями нужного состава. Только в этом случае применение сме­сей может дать значительный экономический эффект.

Тема 1.5 Основы способа сварки неплавящимся электродом. Схема процесса сварки. Неплавящиеся электроды, типы. Стойкость неплавящихся электродов. Защитные газы, основные характеристики. Влияние защитных газов на энергетические свойства дуги и защиту зоны сварки. Параметры режима сварки. Формирование шва. Импульсно-дуговая сварка. Технологические особенности сварки. Область применения. Оборудование поста аргонодуговой сварки.

Неплавящиеся электроды.

По материалу, из которого они на­готовлены, могут быть угольными, графитовыми, вольфрамо­выми, циркониевыми, гафниевыми. Все эти материалы относятся к группе тугоплавких. Неплавящиеся электроды служат только для поддержания горения дуги и поэтому должны обладать высо­кой стойкостью при высоких температурах (расход их должен быть минимальным).

Графитовые и угольные электроды различаются строением углерода. В графитовых электродах углерод имеет кристалли­ческое строение, в угольных — аморфное. Для угольного элек­трода электрическое сопротивление кубика с ребром в 1 см со­ставляет 0,0032 Ом, для графитового 0,0008 Ом. Температура на­чала окисления на воздухе угольного электрода 500 °С, графито­вого 640 °С; следовательно, по этим показателям предпочтитель­нее применение графитовых электродов.

Высокая температура кипения углерода (4500 К) обеспечивает его малый расход за счет испарения, но при взаимодействии с воздухом происходит его окисление и угар с возможным науг­лероживанием сварочной ванны. Уменьшить разогрев электрода можно за счет увеличения его сечения. По этой причине уголь­ные и графитовые электроды обычно применяют больших диаметров (6—20 мм и выше), что затрудняет действия свар­щика.

Уменьшить диаметр электродов, исключить опасность наугле­роживания металла шва можно при применении электродов из тугоплавких металлов. Наиболее широкое применение для сварки имеют вольфрамовые электроды диаметрами 1—6 мм, с высокой механической прочностью и сравнительно небольшим электриче­ским сопротивлением. Температура плавления вольфрама 3377 °С, температура кипения 4700 °С. Вольфрамовые стержни изготовляют из порошка (чистотой 99,7%), который прессуют, спекают и проковывают, в результате чего отдельные его частицы свари­ваются. Заготовки подвергают волочению для получения стерж­ней необходимых диаметров.

Вольфрамовые электроды изготовляют из чистого вольфрама и с присадками окислов лантана или иттрия, а также металличе­ского тантала. Легирование вольфрама окислами иттрия или лантана в небольшом количестве резко увеличивает эмиссионную способность вольфрама-катода, в результате чего возрастает стойкость электродов (способность длительное время сохранять заостренную форму) при максимальных токах, повышается ста­бильность горения дуги. Однако все электроды на основе вольфрама требуют при сварке защиты их инертными газами от окисления кислородом воздуха.

Циркониевые и гафниевые электроды используют в плазматронах при тепловой резке металла.

ДУГОВАЯ СВАРКА ПОРОШКОВЫМИ ПРОВОЛОКАМИ

Отсутствие флюсовой аппаратуры, усложняющих процесс сварки ли повышающих его трудо­емкость (засыпка и уборка флюса и др.). Возможность наблюдения при полу­автоматической сварке за направлением электрода в разделку, особенно при свар­ке с его поперечными колебаниями, а так­же за образованием шва — основные пре­имущества сварки порошковыми проволо­ками. Изменение состава наполнителя сер­дечника порошковой проволоки позволяет воздействовать на химический состав шва и технологические характеристики дуги.

Сущность способа. Конструкция порошковой проволоки опре­деляет некоторые особенности ее расплавления дугой. Сердечник проволоки на 50—70% состоит из неметаллических материалов и поэтому его электросопротивление велико — в сотни раз больше, чем металлической оболочки. Поэтому практически весь свароч­ный ток проходит через металлическую оболочку, расплавляя ее. Плавление же сердечника, расположенного внутри метал­лической оболочки, происходит в основном за счет теплоизлуче­ния дуги и теплопередачи от расплавляющегося металла обо­лочки. Ввиду этого сердечник может выступать из оболочки (рис.12), касаться ванны жидкого металла или переходить в нее частично в нерасплавленном состоянии. Это увеличивает засоре­ние металла шва неметаллическими включениями.

Рис.12 Плавление металлической оболочки и сердечника порошковой проволоки

Техника сварки. Обычно порошковые проволоки используют для сварки шланговыми полуавтоматами. Ввиду возможности наблюдения за образованием шва техника сварки стыковых и угловых швов в различных соединениях практически не отли-¹ чается от техники их сварки в защитных газах плавящимся элект­родом. Однако образование на поверхности сварочной ванны шлака, затекающего при некоторых условиях в зазор между кром­ками в передней части сварочной ванны, затрудняет провар корня шва. При многослойной сварке поверхность предыдущих слоев следует тщательно зачищать от шлака.

Сварка порошковыми проволоками имеет свои недостатки. Малая жесткость трубчатой конструкции порошковой проволоки требует применения подающих механизмов с ограниченным уси­лием сжатия проволоки в подающих роликах. Выпуск проволоки в основном диаметром 2,6 мм и более, требуя применения для устойчивого горения дуги повышенных сварочных токов, позволяет использовать их для сварки только в нижнем и редко в верти­кальном положении. Это объясняется тем, что образующаяся сварочная ванна повышенного объема, покрытая жидкотеку-чим шлаком, не удерживается в вертикальном и потолочном положениях силой поверхностного натяжения и давлением дуги.

Наличие на поверхности сварочной ванны шлака, замедляя кристаллизацию расплавленного металла, также ухудшает усло­вия образования шва в пространственных положениях, отличных от нижнего. Существенный недостаток порошковых проволок, сдерживающий их широкое промышленное применение, — повы­шенная вероятность образования в швах пор, вызываемая нали­чием пустот в проволоке. Кроме того, нерасплавившиеся компоненты сердечника, переходя в сварочную ванну, способствуют появлению газообразных продуктов. Диссоциация мрамора, оки­сление и восстановление углерода при нагреве и плавлении фер­ромарганца в сочетании с мрамором и другие процессы также могут привести к образованию в металле сварочной ванны газо­вой фазы. В результате этого в швах появляются внутренние и поверхностные поры.

В этих условиях режим сварки (сила тока, напряжение, вылет электрода) оказывает большое влияние на возможность возник­новения в швах пор . Повышает вероятность образования пор также влага, попавшая в наполнитель при хранении про­волоки, а кроме того, смазка и ржавчина, следы которых имеются на металлической ленте.

Порошковую проволоку можно использовать и при сварке в углекислом газе. Вероятность образования в швах пористости в этом случае снижается. В зависимости от состава наполнителя для сварки используют постоянный ток прямой или обратной по­лярности от источников с жесткой или крутопадающей характе­ристикой.

Формирование сварочной ванны и влияние условий сварки на геометрические размеры шва

Влияние источника теплоты на формирование сварочной ванны.

Образование сварочной ванны — важнейший этап получения неразъемных соединений при сварке плавлением. Форма и размеры ванны определяют геометрические размеры швов. Последние суще­ственно влияют на эксплуатационные характеристики получае­мых соединений.

Источники теплоты, применяемые при сварке плавлением, обеспечивая местный нагрев и расплавление кромок соединяемых элементов, в большинстве случаев оказывают на расплавляемый металл давление, которое вытесняет его из участка с наибольшей интенсивностью нагрева в хвостовую часть ванны. В результате этого в ванне устанавливается разность уровней металла и изме­няется очертание зоны расплавления.

На рис. 1 приведены схемы продольного и поперечного сече­ний ванны и шва, которые получены при проплавлении пластины сосредоточенным подвижным идеализированным (точечным или линейным) источником теплоты, не оказывающим давления на ванну жидкого металла (а), и обычным источником теплоты, ока­зывающим давление на ванну (б). При одинаковых энергетиче­ских характеристиках источников и одинаковой скорости их перемещения, при проплавлении пластины источником, оказываю­щим давление на ванну, достигается большая глубина проплавления. Это объясняется следующим. При идеализированном источ­нике нагрев металла осуществляется за счет теплопроводности, и очертания зоны расплавленного металла соответствуют положе­нию изотермы с температурой плавления при установившемся процессе. При применении реальных источников в связи с вытес­нением расплавленного металла в хвостовую часть ванны умень­шается толщина жидкой прослойки и создаются условия для допол­нительного смещения изотермы плавления в глубь металла. Давление на расплавленный металл определяет разность его уровней в ванне (h).

При сварке плавлением в ванну добавляют присадочный металл за счет которого образуется усиление шва и проплав (рис. 2).

В зависимости от свойств источника нагрева, степени сосредо­точенности теплоты в пятне, давления на ванну, а также режима процесса геометрические размеры шва и соотношения между. ними могут существенно изменяться.

Параметры режима сварки плавлением и их влияние на раз­меры сварочной ванны и шва

Форму и размеры ванны можно оценить, используя основ­ные положения теории рас­пространения теплоты при сварке.

Для образования свароч­ной ванны и шва применяют различные источники на-- грева. Они характеризуются полной и эффективной мощ­ностью.

Полную мощность источ­ника нагрева (q0) опреде­ляют по выходным парамет­рам, например по величине тока и напряжения дуги или электронного луча, мощно­сти светового, плазменного и других потоков. На нагрев металла при сварке расходуется не вся мощность источника, а только часть ее, называемая эффективной тепловой мощностью д.

Проведенный анализ показывает, что основным и определяю­щим параметром режима сварки плавлением является величина погонной энергии . Этот параметр характеризует тепловложение на единицу длины и в значительной степени определяет геометрические размеры ванны и шва.

Рис. 1 Ванна и очертания зоны расплавления при проплавлении пластины

Рис. 2 Продольные и поперечные сечения ванны и шва и их основные размеры

Полную мощность источ­ника нагрева (q0) опреде­ляют по выходным парамет­рам, например по величине тока и напряжения дуги или электронного луча, мощно­сти светового, плазменного и других потоков. На нагрев металла при сварке расходуется не вся мощность источника, а только часть ее, называемая эффективной тепловой мощностью д.

Проведенный анализ показывает, что основным и определяю­щим параметром режима сварки плавлением является величина погонной энергии . Этот параметр характеризует тепловложение на единицу длины и в значительной степени определяет геометрические размеры ванны и шва.

С увеличением погонной энергии возрастают размеры и форма шва. При одинаковой погонной энергии по мере увеличения сосредоточенности источника теплоты возрастает глубина проплавления и сокращается ширина шва.При одинаковой сосредоточенности источ­ника и одинаковой погонной энергии то же происходит при увеличении давления на ванну.

При сварке одним и тем же источником теплоты при одинако­вой погонной энергии определенное влияние на соотношение гео­метрических размеров шва может оказывать режим процесса. Так, например, при повышении скорости сварки и одновременном увеличении тепловой мощности источника нагрева (из условия сохранения постоянства погонной энергии) обычно наблюдается увеличение глубины, проплавления. Это связано с повышением термического КПД процесса и увеличением давления источ­ника нагрева на ванну при повышении его мощности.

Формирование сварочной ванны и шва в различных простран­ственных положениях.

Важным фактором, влияющим на геоме­трические размеры шва и глубину проплавления, является пространственное расположение шва при сварки. При вертикальном расположении создаются особенно благоприятные условия для проплавления металла благодаря удалению расплавляющегося металла за счет давления источника под действием силы силы тяжести (рис.3)

Рис.3 Сварка вертикальных соединений Рис. 4 Сварка в нижнем положении

со свободным формированием швов а) без наклона, б) наклон по

а) снизу вверх, б) сверху вниз. направлению сварки (на спуск),

Р_м - сила тяжести расплавленного в) наклон против направления сварки

металла. (на подъем)

.В связи с этими же обстоятельствами при сварке изделий в наклонном положении на подъем глубина проплавления возрастает, сварке на спуск — снижается. В первом случае металл под действием силы тяжести перетекает в хвостовую часть ванны, уменьшая толщину расплавленной прослойки, во втором случае год действием силы тяжести металл затекает в головную часть ванны, опережая источник теп­лоты, и увеличивает тол­щину расплавленной прослойки (рис. 4). Формирование швов на спуск и на подъем имеет место при сварке кольцевых поворотных швов, расположен­ных в вертикальной плоско­сти. Условия формирования швов зависят от смещения ис­точника нагрева относительно верхней точки окружности (рис. 5). При смещении источ­ника нагрева в сторону, противоположную вращению изделия, происходит формирование шва на спуск; по направлению вращения изделия — на подъем.

При сварке кольцевых швов изделий небольшого диаметра воз­никает опасность стекания расплавленного металла из ванночки. Предупредить стекание можно сокращением длины ванны за счет изменения режима или смещением источника против вращения. Обычно используют оба пути; сварку поворотных стыков кольце­вых швов малых диаметров, как правило, ведут на спуск при небольшой глубине проплавления.

Удержание ванны от стекания приобретает особенно важное значение при сварке в вертикальном и потолочном положениях.

При сварке в вертикальном положении процесс можно вести вниз (на спуск) и снизу вверх (на подъем) (рис. 3). В обоих случаях сила веса ванны направлена вниз по продольной оси шва. При сварке на спуск удержанию ванны от стекания способствует давление источника источника. При сварке на подъем ванна удерживается только силами поверхностного натяжения. При сварке в вертикальном положении для удержания ванны приходится ограничивать тепловую мощность и размеры ванны. Большой эффект достигается с применением импульсного введения теплоты.

Рис.5 Формирование швов при сварке кольцевых соединений

а) на подъем, б) на спуск.

Большое распространение получила сварка вертикальных соединений с двусторонним принудительным формированием шва. Сварку ведут снизу вверх с расположением источника нагрева в направлении оси шва. Сварку с двусторонним принудительным формированием (электрошлаковую, дуговую) применяют для соединения толстостенных элементов.

Выполнение сварных соединений в потолочном положении (рис. 6) осложняется не только опасностью стекания ванны. Возникает необходимость пе­реноса присадочного металла в ванну в направлении, противоположном действию силы тяжести. При сварке в потолочном положении ванна удерживается силами поверхностного натяжения и давлением источника. Для удержания ванны в потолочном положении также необходимы меры по ограничению ее объема.

Примером формирования шва во всех пространственных поло­жениях, в том числе и промежуточных, может служить сварка неповоротных стыков кольцевых швов (рис. 7). В различных участках создаются неодинаковые условия существования ванны и соответственно меняется ее форма. Наибольшая глубина проплавления сварочной ванны достигается при угле поворота источника нагрева, равном 270°. При этом формирование шва осуществляется на подъем, Наименьшая глубина соответствует повороту источ­ника на 90° и формированию шва на спуск. Для поддержания постоянства параметров ванны и шва в процессе сварки необ­ходимо изменять режим, например величину сварочного тока, скорость сварки, давление защитного газа над сварочной ван­ной и др.

Особенно неблагоприятные условия формирования шва наблю­даются при выполнении горизонтальных сварных соединений в вер­тикальной плоскости (рис. 8). Расплавленный металл ванны натекает на-нижнюю свариваемую кромку. Это приводит к образо­ванию несимметричного усиления шва, а в ряде случаев и подрезов. При сварке горизонтальных швов требования к сокращению размеров сварочной ванны особенно жесткие.

Рис.6 Формирование ванны

и шва в потолочном положении

Рис.7 Формирование шва и зависимость

глубины проплавления от положения

ванны в пространстве при сварке непово-

ротных кольцевых соединений

Рис. 8 Формирование горизонтального шва при сварке в вертикальной

плоскости

Формирование проплава сварного шва. Важные факторы, влияющие на работоспособность соединений,— форма и величина проплава в корне шва. На рис. 9 показаны силы, действующие на ванну жидкого металла в процессе ее формирования в нижнем положении. Ванна удерживается на весу силами поверхностного натяжения Р_п

Рис.9 Схема формирования проплава сварного шва: r₁ – радиус кривизны проплава

г —

в поперечном сечении, r₂ – то же в продольном сечении

,

где - поверхностное натяжение расплавленного металла,r – радиус кривизны.

Поверхностное натяжение уравновешивает давление Р_и, оказываемое на ванну источником теплоты, и металлостатическое давление Р_{м =} , определяющееся глубиной ванны и плотностью металла. Условие удержания ванны на весу

Из этого выражения следует, что удержание ванны облегча­ется при уменьшении радиуса кривизны проплава r, определяю­щегося его размерами в поперечном r₁ и продольном r₂ сечениях (Рис. 9).

В общем случае можно считать, что по мере увеличения по­гонной энергии и уменьшения сосредоточенности, источника теплоты возрастает ширина и протяженность проплава. Соответственно возрастают радиусы кривизны его поверхности в двух взаимно перпен­дикулярных направлениях. В мо­мент, когда величина одного из ра­диусов станет больше некоторого критического значения, металлостатическое давление расплавленного металла и сила давления источника нагрева превысят силы поверхност­ного натяжения, удерживающие ванну. Произойдет разрыв поверх­ностного слоя в проплаве, и жидкий металл вытечет из ванны, образуя прожог.

Явление прожога особенно часто наблюдается при сварке металла малой толщины. Объясняется это тем, что применяемые при сварке источники теплоты имеют размеры пятна нагрева, соизмеримые а тол­щиной свариваемых элементов. Образуется ванна, по ширине в не­сколько раз превосходящая толщину свариваемого металла. Удержание такой ванны на весу усложняется особенно при наличии давления ис­точника. Применительно к сварке тонкого металла задача предупре­ждения прожогов решается путем периодического импульсного введения теплоты и формирования шва из отдельных точек, перекрывающих друг друга.

Общая мера предупреждения прожогов и обеспечения форми­рования проплава требуемой формы — применение подкладок (рис. 10). Различают остающиеся подкладки и съемные. Съемные подкладки разделяют на медные, стальные, графитовые, флюсо­вые и др. В съемных металлических или графитовых подкладках большое значение имеет форма канавки. В практике большое рас­пространение получили подкладки с широкой канавкой, прямо­угольного сечения (рис. 10, а). Такие подкладки удобны в техно­логическом отношении, поскольку их можно устанавливать с некоторым смещением относительно стыка. Недостаток этих подкла­док — неудовлетворительное формирование проплава при сварке на повышенных режимах. Натеки проплава на основной металл (рис. 11, б) становятся концентраторами напряжений и очагами коррозии.

Наиболее приемлема, но более сложна для применения в про­изводстве глубокая профилированная канавка (рис. 11, в). При сварке на такой подкладке проплав формируется на весу благо­даря отводу теплоты стенками канавки. Радиус проплава по мере увеличения провисания металла уменьшается. В результате увеличивается противодавление, создающееся силами поверхно­стного натяжения.

Рис. 10 Основные виды подкладок: а)- съемная металлическая с канавкой,

б)- то же , с подачей защитного газа в отверстие канавки, в)- съемная флюсовая,

г)- остающаяся стальная

а) 5) . в)

Рис.11 Формирование проплава при сварке на съемных подкладках

Тема 1.6 Основы способа электрошлаковой сварки. Сущность способа сварки. Выделение тепловой мощности в шлаковой ванне. Расплавление присадочного и основного металлов. Разновидности электрошлаковой сварки. Параметры режима сварки и их влияние на формирование шва и образование сварного соединения. Технологические особенности сварки. Область рационального применения.

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА

Этот способ широко используют в промышленности для соедине­ния металлов повышенной толщины: стали и чугуна различного состава, меди, алюминия, титана и их сплавов. К преимуществам способа относится возможность сварки за один проход металла практически любой толщины, что не требует удаления шлака и соответствующей настройки сварочной установки перед сваркой последующего прохода, как при других способах сварки. При этом сварку выполняют без снятия фасок на кромках. Для сварки можно использовать один или несколько проволочных электро­дов или электродов другого увеличенного сечения. В результате этого достигается высокая производительность и экономичность процесса, повышающиеся с ростом толщины свариваемого металла.

К недостаткам способа следует отнести то, что электрошла­ковая сварка технически возможна при толщине металла более 16 мм и за редкими исключениями экономически выгодна при сварке металла толщиной более 40 мм. Способ позволяет свари­вать только вертикальные швы. При сварке некоторых металлов образование в металле шва и околошовной зоны неблагоприятных структур требует последующей термообработки для получения необходимых свойств сварного соединения.

Сущность способа. Известно, что расплавленные флюсы об­разуют шлаки, которые являются проводниками электрического тока. При этом в объеме расплавленного шлака при протекании сварочного тока выделяется теплота. Этот принцип и лежит в основе электрошлаковой сварки (рис. 1). Электрод 1 и основ­ной металл 2 связаны электрически через рас-

Рис.1 Схема процесса электрошлаковой сварки

плавленный шлак 3 (шлаковая ванна). Выде­ляющаяся в шлаковой ванне теплота перегревает его выше температуры плавления основного и электродного металлов. В результате металл электрода и кромки основного металла оплавляются и ввиду большей плотности металла, чем шлака, сте­кают на дно расплава, образуя ванну расплав­ ленного металла 4 (метал- лическую ванну).

Электродный металл в виде отдельных капель, проходя через жидкий шлак, взаимодействует с ним, изменяя при этом свой состав. Шлаковая ванна, находясь над поверхностью расплавленного металла, препятствует его взаимодействию с воздухом. При правильно подобранной скорости подачи электрода зазор между торцом электрода и поверхностью металлической ванны остается постоянным.

Свариваемый металл, шлаковая и металлическая ванны удер­живаются от вытекания обычно специальными формирующими устройствами — подвижными или неподвижными медными ползу­нами 5, охлаждаемыми водой 6, или остающимися пластинами. Верхняя кромка ползуна располагается несколько выше зеркала шлаковой ванны. Кристаллизующийся в нижней части метал­лической ванны расплавленный металл образует шов 7. Шлаковая ванна, находясь над поверхностью металлической ванны, соприкасаясь с охлаждаемыми ползунами, образует на них тонкую шлаковую корку, исключая тем самым непосредственный контакт расплавленного металла с поверхностью охлаждаемого ползуна и предупреждая образование в металле шва кристаллизационных трещин.

Расход флюса при этом способе сварки невелик и обычно не превышает 5% массы наплавленного металла. Ввиду малого коли­чества шлака легирование наплавленного металла происходит в основном за счет электродной проволоки. Доля основного металла в шве может быть снижена до 10—20%. Вертикальное положение металлической ванны, повышенная температура ее верхней части и значительное время пребывания металла в рас­плавленном состоянии способствуют улучшению условий удале­ния газов и неметаллических включений из металла шва. По сравнению со сварочной дугой шлаковая ванна — менее концент­рированный источник теплоты. Поэтому термический цикл элек­трошлаковой сварки характеризуется медленным нагревом и ох­лаждением основного металла. Отклонение положения оси свариваемого шва от вертикали возможно не более чем на 15° в плос­кости листов и на 30—45° от горизонтали.

Так как выделение теплоты в шлаковой ванне происходит главным образом в области электрода, максимальная толщина основного металла, свариваемого с использованием одной элек­тродной проволоки, обычно ограничена 60 мм. При сварке метал­ла большей толщины электроду в зазоре между кромками сооб­щают возвратно-поступательное движение (до 150 мм) или исполь­зуют несколько неподвижных или перемещающихся (рис. 2) электродов. В этом случае появляется возможность сварки ме­талла сколь угодно большой толщины.

Техника сварки. Электрошлаковый процесс устойчиво про­текает при плотностях тока около 0,1 А/мм2 (при дуговой сварке порядка 20—30 А/мм2). Поэтому возможна замена проволочных электродов на пластинчатые (рис. 3) или ленточные электроды. Однако, если невозможно использование механизма подачи плас­тинчатых электродов (недостаток места над изделием и др.) и при сварке изделий сложного сечения (пластинчатый электрод дол­жен быть неподвижен) для компенсации недостатка металла для заполнения пространства между электродами и электродами и кромками основного металла используют способ сварки пла­вящимся мундштуком. В этом случае пластинчатый электрод по форме может повторять форму свариваемых кромок и быть сос­тавным (рис. 4).

Рис.2 Схема процесса многоэлектродной Рис. 3 Схема электрошлаковой

электрошлаковой сварки сварки пластинчатым электродом

а) тремя электродами (подвижными)

б) десятью неподвижными электродами

Рис. 4 Схема электрошлаковой сварки плавящимся мундштуком:

а) – общий вид, б) – положение составного пластинчатового электрода в зазоре

свариваемого стыка.

Устойчивость электрошлакового процесса, форма шва и глу­бина проплавления основного металла зависят от параметров режима сварки. К основным параметрам относятся: скорость сварки , сварочный токI_св, скорость подачи электродов ,напряжение сварки , толщина металла, приходящаяся наодин электрод, расстояние между электродами Z. Вспомогатель­ные составляющие режима: зазор между кромками b_р, состав флюса, глубина шлаковой ванны h_ш.в, скорость возвратно-посту­пательных движений электрода, его «сухой» вылет l_э, сечение электродов и др. Глубина шлаковой ванны в зависимости от силы сварочного тока изменяется от 25 до 70 мм. Скорость возвратно-поступательного движения электрода 25—40 м/ч. Сухой вылет электрода 60—80 мм. Влияние некоторых параметров режима сварки на ширину провара показано на рис. 5, б — е.

Рис.5 Зависимость размеров и формы шва (а) от основных параметров электрошлаковой сварки (б – е).

С увеличением силы тока увеличивается скорость расплавления электрода и растет глубина металлической ванны hм.в Ши­рина шва изменяется незначительно (рис. 5, б). С увеличением скорости подачи электрода (обычно составляет 100—500 м/ч) конец электрода погружается в шлаковую ванну более глубоко. Это уменьшает напряжение сварки Uсв, глубину металлической ванны hм.в и ширину шва bпр (рис. 5, в и д). Коэффициент формы шва (формы металлической ванны). уменьшается с ростом силы тока и повышается с увеличением диаметра элек­трода и напряжения сварки.

Число электродных проволок, их диаметр и сечение пластин­чатых электродов или плавящихся мундштуков, скорость их по­дачи и другие параметры выбирают таким образом, чтобы полу­чить скорость и напряжение сварки, обеспечивающие устойчи­вость процесса и требуемые размеры и форму шва.

Применение электрошлаковой сварки вносит коренные измене­ния в технологию производства крупногабаритных изделий. Появляется возможность замены крупных литых или кованых деталей сварно-литыми или сварно-коваными из более мелких поковок или отливок.

Заготовки под сварку следует собирать с учетом усадки стыка после сварки. Для плотного прилегания ползунов и формирую­щих устройств к кромкам стыка последние зачищают от заусен­цев, окалины и т. д. на ширину до 100 мм. Для вывода за пределы шва усадочной раковины в конце шва (рис. 61) устанавливают выходные, а вывода непроваров в начале шва — входные планки, которые после сварки удаляют резкой. Для начала сварки в кар­ман, образованный входными планками, засыпают флюс, который плавится сварочной дугой до получения шлаковой ванны требуемых размеров. После этого дуга шунтируется шлаком, и процесс переходит в бездуговой — электрошлаковый.

Перед началом сварки можно заливать шлак, расплавленный в специальном кокиле

. Для наведения электрошлаковой ванны можно использовать специальные флюсы, электропроводные в твердом состоянии.

Рис. 63. Основные типы сварных соединений, выполняемых элек­трошлаковой сваркой:

а и б — стыковые; в и д — тавровые; г — угловое; е — переменного сечения

Типы сварных соединений и вид сварных швов, получаемых при электрошлаковой сварке, показаны на рис. 6.

Рис. 6 – Основные типы сварных соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой:

а) и б) – стыковые, в) и д) – тавровые, г) – угловое, е) – переменного сечения

Тема 1.7 Основы способа газовой сварки. Схема процесса газовой сварки. Левый и правый способы сварки. Формирование сварочной ванны. Сварочные материалы. Основные параметры сварки. Технологические особенности сварки. Область применения. Оборудование поста сварки.

3.6. ОСНОВЫ СПОСОБА ГАЗОВОЙ СВАРКИ И РЕЗКИ

ГАЗОВАЯ СВАРКА

Газовая сварка применяется в нашей стране с 1906г. До 1960 г для сварки применялось только ацетилено-кислородное пламя. Позднее стало использоваться пропан-бутановая смесь или пары горючих жидкостей (керосина, бензина). Эти горючие смеси образуют пламя с температурой 2000-2400 о С, ацетилен 3150 о С. Газовая сварка по сравнению с дуговой выполняется при низких скоростях нагрева и охлаждения металла, что приводит к укрупнению зерен околошовного металла, низкой прочности сварного соединения, большим деформациям сварного изделия. Кроме того. Стоимость газовой сварки стальных листов толщиной 2 мм и более выше стоимости дуговой сварки. Производительность газовой сварки изделий из стали толщиной до 1,5 мм в 1,5 раза выше по сравнению с дуговой сваркой покрытыми электродами; при толщинах выше 2 мм уступает ей. По прочности, пластичности и вязкости металла шва и сварного соединения газовая сварка уступает дуговой независимо от толщины свариваемого металла.

ВИДЫ СВАРОЧНОГО ПЛАМЕНИ.

Сварочное пламя образуется при сгорании горючего газа или паров горючей жидкости в кислороде. Пламя нагревает и расплавляет основной и присадочный металл в месте сварки. От состава горючей смеси, т.е от соотношения кислорода и горючего газа зависит внешний вид, температура и влияние сварочного пламени на расплавленный металл. Для получения нормального пламени отношение кислорода к горючему газу должно быть для ацетилена 1,1 -1,2, природного газа 1,5- 1,6, пропана - 3,5. Все горючие газы, содержащие углеводороды образуют сварочное пламя , которое имеет три ярко различимые зоны: ядро, восстановительную зону и факел ( рис 3.6.1.)

Рис 3.6.1. Виды сварочного пламени: а - окислительное, б- нормальное, в – науглероживающее ; 1- ядро, 2- восстановительная зона, 3- факел.

Ядро имеет резко очерченную форму , плавно закругляющуюся в конце, с ярко светящейся оболочкой. Размеры ядра зависят от состава горючей смеси, её расхода и скорости истечения. Диаметр канала мундштука горелки определяет диаметр ядра пламени, а скорость истечения газовой смеси – его длину. Площадь поперечного сечения канала мундштука горелки прямо пропорциональна толщине свариваемого металла. При увеличении давления кислорода скорость истечения горючей смеси увеличивается и ядро удлиняется. При уменьшении скорости истечения – ядро укорачивается. На рис приведены длина и диаметр ядра пламени (мм) для различных номеров мундштуков, соответствующие им диаметры канала сопла (мм) и расход ацетилена (дм³/ч).( Рис. 3.6.2)

Рис. 3.6.2 Схема образования пламени и распределение температуры по зонам и размеры ядра пламени для мундштуков разных размеров.

Восстановительная (средняя зона) располагается за ядром и по своему более темному цвету заметно отличается от него. Длина зависит от номера мундштука и достигает 20 мм. Зона состоит из продуктов неполного сгорания оксидов углерода и водорода, являющихся восстановителем для оксидов расплавленного металла. Это рабочая зона для сварки –сварочный шов получается без пор, газовых и шлаковых включений. Восстановительная зона имеет наиболее высокую температуру в точке отстоящей на 3-6 мм от конца ядра.

Зона полного сгорания (факел) располагается за восстановительной зоной. Она состоит из углекислого газа, паров воды и газа, которые образуются в пламени при сгорании оксида углерода и водорода восстановительной зоны за счет кислорода окружающего воздуха.

В зависимости от соотношения между кислородом и ацетиленом получают три основных вида сварочного пламени: нормальное, окислительное и науглероживающее.

Нормальное пламя – соотношение кислород – ацетилен :1 - (1,1-1,3). Характеризуется отсутствием свободного кислорода и углерода в его восстановительной зоне. В нормальном пламени ярко выражены все три зоны.

Окислительное пламя получается при избытке кислорода (на 1 объем ацетилена более 1,3 объема кислорода). Ядро приобретает конусообразную форму, значительно сокращается по длине, становится с менее резкими очертаниями и приобретает более бледную окраску. Сокращается по длине восстановительная зона и факел, пламя приобретает синевато-фиолетовую окраску. Горит с шумом, уровень которого зависит от объема кислорода. Избыток кислорода приводит к окислению металла шва, шов получается пористым и хрупким. Окислительное пламя применяется при сварке латуни и пайке твердыми припоями.

Науглероживающее пламя получается при избытке ацетилена (на 1 объем ацетилена 0,95 и менее объема кислорода). Ядро теряет резкость своего очертания, на конце появляется зеленый венчик. Восстановительная зона значительно светлее и почти сливается с ядром, факел приобретает желтоватую окраску. При большом избытке ацетилена пламя начинает коптить, избыточный углерод легко поглощается металлом и ухудшается качество шва. Слегка науглероживающее пламя применяют при сварке чугуна и при наплавке твердыми сплавами.

Различают два способа ручной газовой сварки: левый и правый (рис 3.6.3.).

Рис. 3.6.3. Способы сварки а- левый. б – правый.

Левый – сварку ведут справа налево , сварочное пламя наплавляют на ещё несваренные кромки металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени. Способ наиболее распространен при сварке тонких и легкоплавких металлов. Кромки металла предварительно подогревают. Сварщику хорошо видно свариваемый шов, поэтому внешний вид лучше, чем при правом.

Правый способ – сварку выполняют слева направо, сварочное пламя направляют на свариваемый участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Мундштуком горелки выполняют незначительные поперечные колебания. Качество шва лучше, теплота пламени рассеивается меньше, способ экономичнее левого, производительность на 20-30% выше, а расход газов на 15-20% ниже.

При правой сварке используют сварочную проволоку диаметром равным половине толщины свариваемого металла, но не более 6 мм. При левой сварке проволоку берут диаметром на 1 мм больше, чем правой. Подготовка кромок стыковых соединений для стальных деталей приведена в табл. 3.6.1

Таблица 3.6.1.Подготовка кромок для газовой сварки стыковых соединений из сталей.

Характер формообразования шва зависит в основном от наклона мундштука. Чем больше толщина металла, тем угол наклона выше ( рис 3.6.4.).Угол наклона зависит также от температуры плавления металла и его теплопроводности. При сварке меди 60 ^о, свинца около 10^о. В конце сварки для лучшего заполнения кратера и во избежании прожога металла угол наклона уменьшается до минимума и пламя скользит по поверхности ванны ( рис 3.6.5.)

Рис. 3.6.4. Зависимость угла наклона мундштука горелки от толщины стали.

Рис. 3.6.5. Положение мундштука в различные периоды сварки стали средней толщины: а- подогрев перед сваркой, б- процесс сварки, в – окончание сварки 9 заполнение кратера).

Мощность пламени. Для углеродистых и низколегированных сталей

Для левого способа

V= (100-120)sл /ч

Для правого способа

V= (100-150)sл/ч, гдеs– толщина свариваемой стали в мм.

При сварке меди

V= (150-200)sл /ч

Диаметр присадочной проволоки

Для левого способа

d=s/2+1 мм

Для правого способа

d=s/2мм , гдеd– диаметр проволоки,s– толщина свариваемой стали в мм

при сварке стали толщиной более 15 мм диаиетр проволоки выбирают равным 6-8 мм.

Движения горелки и проволоки. Для сварки швов в нижнем положении правым способом без разделки кромок при толщине металла более 3 мм или для сварки металла большей толщины левым способом ( с разделкой кромок и без неё )наиболее приемлемы движения ( рис 3.6.6. ). Концом проволоки совершают движения обратные движению сварочной горелки. Для выполнения угловых или валиковых швов производят движения рис 3.6.7.

Рис 3.6.6. Движение горелки и проволоки при сварке металла толщиной более 3 мм.

Рис 3.6.7. Движение горелки и проволоки при выполнении нормальных угловых швов.

При правой сварке металла толщиной более 5 мм пламя горелки углубляется в разделку шва и перемещается вдоль шва без колебательных движений( рис 3.6.8). Сварка стали толщиной менее 3 мм с отбортовкой кромок производится без присадочного металла, движения горелки рис 3.6.9.

Рис 3.6.8. Движение горелки и проволоки при правой сварке с разделкой кромок

Рис 3.6.9. Движение горелки и проволоки при правой сварке с отбортовкой кромок

При сварке сталей малой толщины без отбортовки кромок получил способ ванночек. Образовав сварочную ванночку (при малой толщине стали диаметр сварочной проволоки составляет около 4-5 мм) сварщик вводит в неё конец присадочной проволоки и расплавив небольшое количество присадочного металла, выводит конец проволоки из ванны в среднюю зону пламени, а горелкой ( несколько приблизив её к поверхности металла) делает резкое круговое движение, переводя её в следующую позицию. При этом каждая последующая ванночка перекрывает предыдущую на 1/3 её диаметра (рис 3.6.10).

Рис 3.6.10. Сварка методом последовательного образования ванночек

При сварке вертикальных швов снизу вверх процесс сварки удобнее вести левым способом. Иногда сварку швов снизу вверх производят правым способом, так называемый «двойной валик», применяемый для сварки вертикального стыкового шва снизу вверх при толщине стали до 6-8 мм без разделки кромок. Сварщик прожигает в металле сквозное отверстие и затем, заполняя его снизу (наплавляя на нижнюю кромку отверстия присадочный металл, расширяет отверстие кверху, постепенно перемещая пламя вдоль свариваемого шва вверх(3.6.11 а). При этом сварной шов формируется с обеих сторон соединения (3.6.11 б) и получается более плотным, чем шов выполненный в в нижнем положении.

Рис 3.6.11. Сварка двойным валиком: а- положение горелки и присадочной проволоки, б – разрез шва.

Наклон горелки и присадочной проволоки, а также характер движения горелки и проволоки в процессе выполнения шва показаны на рис 3.6.12

Рис 3.6.12. Схема сварки сквозным валиком при толщине S: а-от 2 до 6 мм, б- от 6 до 12 мм, в – от 12 до 20 мм.

Горизонтальные швы легче выполнять правым способом (рис 3.6.13.). Потолочные также швы лучше формируются при правом способе, при левом способе имеют место значительные натеки металла и плохое формирование шва (рис 3.6.14).

Рис 3.6.13. Сварка горизонтального шва

Рис. 3.6.14. Сварка потолочных швов. а – правым способом, б - левым способом

ГАЗОВАЯ РЕЗКА

Процесс кислородной резки металлов основан на сгорании (интенсивном окислении) металлов в струе кислорода и принудительном удалении этой струей образующихся оксидов( табл. 3.6.2)

Сущность резки окислением состоит в нагреве места резки до температуры горения (воспламенения) металла, сгорания подогретого металла в кислороде и удалении продуктов горения из области реза струей кислорода.

Сущность резки плавлением состоит в нагреве места резки сильным концентрированным источником до температуры выше температуры плавления металла и выдувания расплавленного металла из места реза дугой и газами, участвующими в процессе резки. Основными видами термической резки окислением (горением) являются: кислородная, кислородно-флюсовая и кислородно-дуговая.

Основными видами термической резки плавлением являются: плазменно-дуговая, газолазерная, газодуговая. По форме и характеру реза резку подразделяют на разделительную и поверхностную, по шероховатости поверхности реза на заготовительную и чистовую резку.

Таблица 3.6.2

Основные условия резки.

1. Температура воспламенения металла (температура начала горения) должна быть ниже температуры его плавления. Тогда металл горит в твердом состоянии, поверхность реза получается гладкой, верхние края кромки реза не подплавляются, продукты горения в виде шлака легко удаляются из полости реза кислородной струей и форма реза остается постоянной. Этому условию отвечает железо и углеродистые стали ( температура горения железа 1050-1360 ^оС, температура плавления железа 1539^оС. Не поддается резке алюминий и его сплавы (температуры 900 и 660^оС соответственно).

2. Температура плавления образующихся при резке оксидов и шлаков должна быть ниже температуры плавления металла. В этом случае они становятся жидкотекучими и беспрепятственно удаляются из области реза кислородной струей.(FeOиFe₃O₄температура плавления 1350 и 1400^оС, ниже температуры плавления железа). Стали содержащие более 0,65%С температура плавления ниже плавления железа и соответственно окислительная резка в обычных условиях затруднена. Хромистые и хромоникилевые стали образуют при резке тугоплавкие оксиды, поэтому резка таких сталей невозможна.

3. Металлы должны обладать небольшой теплопроводностью, чтобы не было сильного теплоотвода от места резки, иначе процесс резки прервется. Медь, алюминий и их сплавы обладают высокой теплопроводностью поэтому не режутся обычной кислородной резкой.

Основные факторы, влияющие на резку. Содержание углерода, состояние поверхности (шероховатость поверхности стали облегчает её воспламенение и резку, рыхлость материала снижает температуру воспламенения), давления кислорода и скорости струи ( при давлении кислорода 25 кгс/см²и скорости потока 180 м/с температура воспламенения низкоуглеродистой стали снижается до 700-750^оС.

Свойства стали разрезаться кислородом без образования закаленного участка вблизи места резки называется разрезаемостью. Оценка разрезаемости в зависимости от химического состава стали проводится по 4-х бальной системе: 1 –хорошо разрезаются, 2- удовлетворительно, 3 - ограниченно, 4- плохо. ( табл 3.6.3.).

Табл 3.6.3. Разрезаемость кислородом углеродистых и низколегированных сталей

Уменьшение чистоты кислорода на 1% снижает скоростьт резки в среднем на 20%. применять кислород с чистотой ниже 95% нецелесообразно из-за снижения скорости и качества реза. Скорость ручной резки можно определить по формуле:

v= 40000.(50+d) мм/мин, гдеd- толщина разрезаемой стали , мм

Режимы машинной чистовой резки деталей с прямолинейными кромками без последующей механической обработки под сварку приведены в табл 3.6.4

Табл. 3.6.4. Режимы машинной кислородной резки

Техника резки. Рез должен начинаться у какой либо кромки изделия. При вырезке в изделии внутренних частей в металле, идущем в отходы, следует просверлить отверстие и от него начинать резку, металл до 10 мм пробивать с помощью резака. Начало резки должно всегда находиться на прямой, что обеспечивает получение чистого реза на закруглениях (рис 3.6.15). При вырезке фланцев сначала вырезается внутренняя часть, идущая в отходы, а затем контур.

Рис 3.6.15. Приемы резки внутри контура изделия: а- начало резки, б вырезка фланцев; 1,2,3,4- последовательность резов.

При резке со скосом кромки поверхности реза не одинаковы по качеству. Поверхность «b» всегда лучше чем поверхность «a», использовать необходимо поверхность «b».

Рис 3.6.16. Вид поверхностей наклонного реза «a» и «b».

Процесс резки. Резак с зажженным пламенем располагают над местом начала реза, после того как подогревающее пламя нагреет поверхность металла (5-35 с при толщине листа от 5 до 100 мм) до температуры начала горения, включают подачу режущего кислорода и после прорезания металла по всей толщине начинают перемещение резака. При приближении резака к краю листа, в момент выхода струи режущего кислорода из разреза, резак необходимо задержать на несколько секунд, т.к. из-за отставания струи режущего кислорода нижний угол листа может быть не прорезан. Последовательность резки профильного поката приведено на рис 3.6.16.

Рис 3.6.17. Последовательность резки профильного прокат: а – уголка, б – двутавровой балки, в – швеллера.

Деформации при кислородной резки выражаются в изменении формы и размеров элемента по сравнению с намеченными до резки. Способы борьбы: рациональная технология резки, . применение жестко закрепленных концов реза, предварительный подогрев вырезаемого элемента. Применение искусственного охлаждения.