72. Ручная дуговая сварка

Разработка способов дуговой сварки находится в тесной связи с от­крытием явления электрической дуги, сделанным в 1802 г. русским физиком В.В. Петровым, который указал на возможность приме­нения дугового разряда для расплавления металлов. Первое прак­тическое применение дуги для целей сварки принадлежит русскому инженеру Н.Н. Бенардосу, который в 1882 г. предложил способ со­единения металлических частей с помощью электрической дуги, го­рящей между неплавящимся угольным электродом и свариваемым изделием (рис. 18.12). Русский инженер Н.Г. Славянов в 1889 г. усовершенствовал про­цесс сварки, предложенный Н.Н. Бенардосом, заменив неплавящийся угольный электрод плавящимся металлическим (рис. 18.13). Предложенные Н.Н. Бенардосом и Н.Г. Славяновым способы ду­говой сварки неплавящимся угольным и плавящимся металлическим электродами легли в основу наиболее распространенных способов дуговой сварки. Усовершенствование предложенных способов дуго­вой сварки шло по двум направлениям: >,

□ изысканию средств защиты и металлургической обработки ме­талла сварочной ванны;

□ автоматизации процесса сварки.

Наиболее широкое применение нашла ручная дуговая сварка по­крытыми электродами. Ручную дуговую сварку выполняют сварочны­ми электродами, которые вручную подают в дугу и перемешают вдоль свариваемых заготовок. В процессе сварки металлическим покрытым электродом (рис. 18.14) дуга Сгорит между стержнем электрода 7 и ос­новным металлом /, Стержень электрода плавится, и расплавленный металл каплями стекает в металлическую ванну 9. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 6, образуя газовую защитную атмосфе­ру 5 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности расплав­ленного металла. Металлическая и шлаковая ванны образуют свароч­ную ванну По мере движения дуги сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов 3. Жидкий шлак после остывания образует твердую шлаковую корку 2. Электроды для ручной сварки представляют собой стержни из сварочной проволоки с нанесенными на них покрытиями. Свароч­ная стальная проволока в зависимости от состава разделяется на три Группы: низкоуглеродистая (Св-08, С»-()8Л, Св-08 ГА и др.), легиро­ванная (Св-08Г2С, Св-ЮХ5М, Си-1НХМА и др.), высоколегирован­ная (Св-ОбХМ, СВ-04Х19Н9, Св-08Н50 и др.). Покрытый электродов предназначены для обеспечения стабиль* ного горения дуги, защиты расплавленного металла от воздействия воздуха и получения металла заданного сослала и свойств. В состав покрытия электродов входят стабилизирующие, газообразуюшие, шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие со­ставляющие. Газовая защита зоны сварки и расплавленного металла создается при сгорании газообразующих веществ и предохраняет расплавлен­ный металл от воздействия кислорода воздуха. В качестве таких ве­ществ в покрытие вводят органические соединения — древесную муку, декстрин, целлюлозу, крахмал и т. п. Шлаковая зашита предохраняет расплавленный металл от кисло­рода и азота воздуха путем образования шлаковых оболочек на по­верхности капель электродного металла и расплавленного металла шва. Шлак уменьшает скорость охлаждения и затвердевания металла шва, способствует выходу из него газовых и неметаллических включе­ний. Шлакообразующими веществами покрытий являются титано­вый концентрат, марганцевая руда, каолин, мрамор, мел, кварцевый песок, доломит, полевой шпат и т. п. Раскисление металла сварочной ванны осуществляется элемента­ми, обладающими большим сродством с кислородом, чем железо. К ним относятся марганец, титан, молибден, хром, кремний, алюми­ний и углерод. Легирование металла шва проводится для придания специальных свойств наплавленному металлу. Наиболее часто для этого применя­ют хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, титан. Эти элемен­ты вводятся и в покрытие, и в стержень электрода. Для закрепления покрытия на стержне электрода используют связую­щие компоненты (жидкое стекло, желатин, декстрин, пластмассы и др.). По видам покрытий электроды подразделяются на электроды с кис­лым покрытием (А), основным покрытием (Б), целлюлозным покры­тием (Ц), рутиловым покрытием (Р), прочими видами покрытия (П). Кислые покрытия содержат оксиды кремния, руды железа и мар­ганца, полевой шпат, ферромарганец, крахмал, декстрин и др. Элек­троды с такими покрытиями обладают хорошими технологическими свойствами, сварка ими возможна на постоянном и переменном то­ках во всех положениях. Однако эти электроды токсичны из-за выде­ления значительного количества соединений марганца, что ограни­чивает их применение. Основные покрытия содержат мрамор, мел, магнезит, плавиковый шпат, ферросилиций, ферромарганец, ферротитан, калиевое жидкое стекло, поташ и др. Сварку ими выполняют на постоянном токе об­ратной полярности во всех пространственных положениях. Приме­няют для сварки ответственных конструкций из сталей всех классов. Рутиловые покрытия содержат рутиловы й концентрат ТЮ₂, поле­вой шпат, мрамор, ферромарганец и др. Они обладают высокими тех­нологическими свойствами, пригодны для сварки во всех простран­ственных положениях на постоянном и переменном токах. Применя­ются для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Целлюлозные покрытия, содержат целлюлозу, рутиловый концен­трат и ферросплавы. Применяют в тех же случаях, что и рутиловые. Электроды также подразделяются на типы в зависимости от меха­нических свойств металла щва (для конструкционных сталей) и меха­нических свойств и химического состава металла шва (для теплоус­тойчивых и высоколегированных сталей). Каждому типу электродов для сварки конструкционных, теплоус­тойчивых и высоколегированных сталей может соответствовать не­сколько марок электродов. Наиболее применимы электроды с диаметром стержня 3,4,5,6 мм, которые выпускаются длиной 300, 350, 450 мм. Для получения сварного соединения требуемых размеров, формы и качества устанавливается режим сварки, т. е. основные показатели, определяющие процесс сварки. К этим показателям при ручной дуго­вой сварке относятся марка электрода, его диаметр, сила и род сва­рочного тока, скорость сварки.

Химический состав свариваемого металла определяет тип и марку электродов.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свари­ваемого металла и положения шва в пространстве. При нижнем поло­жении шва диаметр электрода можно определить, руководствуясь со­отношением диаметра электрода и толщины свариваемого металла. Толщина свариваемого Диаметр металла, мм электрода, мм 1...2 2...3

3...5 3...4 4...10 4...5 12.. .24 5...6 Сварку швов в вертикальном и потолочном положении выполня­ют, как правило, электродами диаметром не более 4 мм. Важной характеристикой режима сварки является сила сварочно­го тока (А), которую для сварки в нижнем положении электродами 3...6 мм можно определить по выражению

Щ /_в=(20 + 6</>^/ где //_э — диаметр электрода, мм.

При сварке в вертикальном и потолочном положениях сила тока выбирается на 10...20 % ниже, чем для сварки з нижнем положении.

Род и полярность тока определяют в зависимости от выбранной марки электродов.

Основными характеристиками процесса плавления электрода яв­ляется количество расплавленного металла .7.,-и относительные поте­ри у (коэффициент потерь) электродного металла в процессе сварки из-за разбрызгивания, испарения и окисления.

Количество расплавленного металла </, определяется по выражению

где а_я — коэффициент расплавления, г/(Ач); /_св -~ сила тока свар­ки, А; / — время горения дуги, ч,

Коэффициент расплавления ')' зависит от материала электродного стержня, состава покрытия электрода, рода и полярности тока. Поте­ри металле в процессе сварки определяются по выражению

а_щ

где ^_щ — количество наплавленного металла, г, которое можно опреде­лить по формуле

где а_И — коэффициент наплавки, г/(А-ч).

Коэффициент наплавки меньше коэффициента расплавления из-за

потерь металла при сварке и колеблется в пределах 7... 15 г/(А*ч) для различных марок электродов.

Коэффициент потерь при сварке покрытыми электродами равен 5...10 %.

Количество наплавленного металла за определенный период ха­рактеризует производительность процесса сварки.

Скорость сварки (перемещения дуги) зависит от размеров сварного шва, коэффициента наплавки и величины сварочного тока. Для формирования сварных швов стабильных размеров рекомен­дуется осуществлять поперечные и продольные колебания электрода, при этом амплитуда поперечного колебания не должна превышать 2...4 диаметра электрода (рис. 18.15). Траектории перемещения 1,2,3 применяют наиболее часто, траекторию 4 использует для лучшего проплавления середины шва, траекторию 5 — для лучшего про плав­ления кромок.