Параметри режиму дугового зварювання

Під режимом зварювання розуміється сукупність ряду факторів (параметрів) зварювального процесу, що забезпечують стійке горіння дуги й одержання зварених швів заданих розмірів, форми і якості. При ручному дуговому зварюванні покритими електродами до таких факторів (параметрам) відносять: діаметр електрода; силу зварювального струму; тип і марку електрода; напруга дуги; рід і полярність зварювального струму; швидкість зварювання; положення шва в просторі; попередній підігрів і наступну термічну обробку. Нижче розглядається вплив деяких з перерахованих факторів (параметрів) на процес зварювання, а також приводяться рекомендації з їх вибору.

Діаметр електрода при зварюванні в нижнім положенні шва встановлюється в залежності від товщини металу, що зварюється. Товщина що зварюється

металу, мм 1,5 2 3 4—5 6—8 9—12 13—15 16—20

Діаметр електрода

d3, мм .1,6 2 3 3—4 4 4—5 5 5 і більш

Виконання вертикальних, горизонтальних і стельових швів незалежно від товщини металу, що зварюється, виробляється електродами невеликого діаметра (до 4 мм), тому що при цьому легше попередити стікання рідкого металу і шлаку зварювальної ванни. При багатошаровому зварюванні для кращого провару кореня шва перший шов заварюють електродом 03—4 мм, а наступні — електродами більшого діаметра.

Сила зварювального струму (А) встановлюється в залежності від обраного діаметра електрода. Для зварювання в нижнім положенні шва вона може бути приблизно визначена по формулі

Ic = K.da,

де ДО — коефіцієнт пропорційності, що залежить від типу електрода і його діаметра, А/мм. Значення коефіцієнта До при зварюванні низьковуглеводневих і низьколегованих сталей приведені нижче.

Діаметр електрода ds, мм 1—2 3—4 5—6

Коефіцієнт пропорційності ДО, А мм . 25—30 30—45 45—60

При зварюванні на вертикальній площині струм зменшується на 10—15%, а в стельовому положенні — на 15—20% проти обраного для нижнього положення шва.

Рід струму і полярність встановлюються в залежності від виду металу, що зварюється, і його товщини. При зварюванні постійним струмом зворотної полярності на електроді виділяється більше теплоти. Виходячи з цього зворотна полярність застосовується при зварюванні тонкого металу, щоб не пропалити його, і при зварюванні високолегованих сталей щоб уникнути їхнього перегріву. При зварюванні звичайних вуглеводних сталей застосовують перемінний струм, що є більш дешевим у порівнянні з постійним.

Положення шва в просторі. Ручне зварювання можна робити у всіх просторових положеннях шва, однак варто прагнути до нижнього положення, як більш зручному й забезпечуючому кращій якості звареного шва.

Прилади контролю

У процесі зварювання не завжди вдається     уникнути дефектів. Вони бувають зовнішні та внутрішні. До зовнішніх дефектів належать нерівномірність поперечного перерізу вздовж швів, незаповнений шов, тріщини, відкриті порожнини та шлакові включення. Внутрішні дефекти – це непроварені краї або несплавлення окремих шарів у процесі багатошарового зварювання, порожнини, тріщини, шлакові включення тощо. До внутрішніх дефектів належить зміна хемічного та структурного складу металу зварного шва та шарів основного металу, які прилягають до шва. Після термомеханічних і механічних способів зварювання вироби можуть бути значно деформованими. Дефекти у зварних з'єднаннях утворюються з різних причин. У процесі дугового та газового зварювання переріз швів буде нерівномірним, якщо порушено режим зварювання або зварник немає достатньої фаховості. Причиною утворення порожнин у зварних швах є насичення металу воднем, азотом та іншими газами, які проникають до шва під час зварювання електродами з вологим покриттям або в разі забруднення країв зварюваних виробів. Тріщини та непроварені місця – найнебезпечніші дефекти зварних з'єднань. Тріщини утворюються найчастіше в процесі зварювання металів, які мають великий вміст сірки, фосфору та інших домішок. Причинами непроварів можуть бути мала сила струму, погане очищення зварюваних поверхонь виробів, низька фаховість зварників тощо. Методи контролю якості зварних з’єднань Після зварювання вироби оглядають для виявлення дефектів. Найпростішим способом є зовнішній огляд місця зварювання за допомогою лупи. Такий огляд дає можливість виявити поверхневі раковини, порожнини, малі тріщини, шлакові включення тощо. Внутрішні дефекти зварних з'єднань виявляють випробуванням на щільність, просвічуванням  - та  -променями, за допомогою магнетних і ультразвукових дефектоскопів тощо. Проводять випробування і механічних властивостей зварних швів на розтяг і удар. Дуже часто практикується випробування на згин. Це випробування полягає у визначенні кута згину, при якому в зварному шві з'являється перша тріщина. Випробування на щільність проводять для баків, резервуарів, казанів, труб та інших ємностей, призначених для зберігання, перевезення або передавання на відстань рідин і газових речовин. Ці випробування проводять за допомогою гасу, стисненого повітря або води Найчастіше застосовують випробування гасом і водою У процесі випробування гасом один бік шва забілюють крейдою, а другий змочують гасом. Якщо на забіленій крейдою поверхні шва появляються темні гасові плями, то у шві є наскрізні дефекти. Отже, шов нещільний. За допомогою води випробовують зварні з'єднання казанів, труб, баків тощо. Механічні випробування на розтяг, згин, ударну в'язкість проводять на окремо виготовлених спеціальних зразках. Для виявлення внутрішніх дефектів у зварних швах труб газо- та нафтогонів використовують просвічування  -промінням, яке випромінюють радіоактивні елементи. Найчастіше використовують ізотопи кобальту.

РРРРРРРРРРРРРРРРРРР

Ручне дугове зварювання

Сутність способу полягає в наступному. Тепло, необхідне для розігріву кромок металу, виходить при горінні електричної дуги, утвореної між зварюваних металом і металевим електродом. Електрична дуга оплавляє основний метал і розплавляє металевий стрижень електрода (температура дуги досягає 3500 ° С і вище). Розплавлений метал заповнює зазор між кромками зварюваних деталей і при застиганні з'єднує їх в одне ціле. Для утворення зварного шва електроду повідомляється складний рух-по напрямку до деталі, вздовж шва і поперек шва.

Сутність всіх дугових методів зварювання полягає у використанні тепла електричної дуги - потужного стаціонарного самостійного газового розряду з низькою катодною напругою, існуючого в проміжку між двома електродами, роль яких при зварюванні виконують плавкий або неплавкий електрод та метал, що зварюється. Це тепло йде на розплавлення основного і присадкового металів, надання їх атомам енергії активації, утворення фізичного контакту та ін процеси, що мають місце при зварюванні.Для ручного електродугового зварювання труб застосовують металеві електроди, які служать присадним матеріалом для заповнення зварного шва і одночасно є провідником струму до дуги.

При ручному дуговому зварюванні в якості анода і катода виступають метал зварюваного виробу та зварювальний електрод - металевий стрижень, покритий шаром особливого складу - обмазкою, або, згідно з офіційною термінологією, покриттям. Призначення покриття - стабілізація дуги, захист і легування розплавленого металу зварювальної ванни. Розрізняють чотири види покриття: основний, целюлозний, рутиловий і кислий. Різні види покриття електродів по-різному взаємодіють з металом в процесі зварювання. Хімічний склад металу електрода і покриття визначається хімічним складом металу зварюваного виробу (труб) та обраною технологією зварювання.

Збудження електричної дуги при ручному дуговому зварюванні засноване на використанні явища короткого замикання. При цьому відбувається наступне: в місці контакту на катоді утворюється катодна пляма, яка настільки сильно розігріта, що стає здатним до електронної емісії (тобто випускання електронів) при прикладенні напруги в 60-70 В. Для виникнення зварювальної дуги як газового розряду необхідна наявність заряджених частинок, спрямований рух яких і буде електричним струмом. Явищем, що забезпечує появу цих частинок, є термічна, або ударна іонізація. Емітовані катодом електрони в результаті зіткнення з нейтральними іонами призводять до появи іонів. В результаті в газовому проміжку між двома електродами виникають носії електрики - негативно заряджені електрони та позитивно заряджені іони, створюються умови для виникнення зварювальної дуги, тепло якої використовується при зварюванні.

Ручну дугову зварку труб з товщиною стінки до 4 мм труб з товщиною стінки до 6 мм включно виробляють без скосу кромок.

Прихватки повинні бути завдовжки 40-50 мм для поворотних стиків, 60-70 мм для стельових. Висота прихваток повинна становити 40-50% товщини стінки труби.

При зварюванні труб зі стінками товщиною понад 8 мм перший шар варять ступінчастою зварюванням, інші шари - суцільний. При ступінчастою зварюванні окружність стику розбивають на декілька ділянок, зварюють спочатку через ділянку, а потім пропущені.

Перший шар зварювання є найбільш відповідальним. При накладенні цього шару необхідно повністю розплавити кромки і притуплення. Потім надо.его ретельно переглянути і перевірити, чи немає тріщин. Виявлені тріщини повинні бути вирубані або виплавлені, а ділянки знову заварені.

Другий і третій шари зварюють, повільно повертаючи трубу. Початок і кінець кожного з цих шарів повинні бути зміщені на 15-30 мм по відношенню до початку і кінця попереднього шару.

Останній шов повинен мати рівну поверхню і плавно переходити до основного металу.

При багатошаровому зварюванні кожний наступний шар ведуть в напрямку, зворотному попередньому, замикаючі ділянки кожного шару розташовують вразбежку по відношенню один до одного. Це покращує якість зварювання.

Після зварювання кожного шару шов і прилеглу до нього зону очищають від шлаку і бризок для кращого сплаву шарів.

При ручній зварці трубопроводів дуже важливо правильно підібрати тип і марку електродів. Технологічні властивості і характеристики електродів багато в чому визначають продуктивність зварювання, а також герметичність, міцність і довговічність зварних з'єднань трубопроводів. Сталеві електроди для дугового зварювання сталей поділяються на класи: для зварювання вуглецевих і легованих конструкційних сталей, легованих теплостійких, високолегованих та інших сталей. Крім того, електроди поділяються на типи: Е42, Е42А, Е46, Е50 і т. д. Цифра позначає середнє значення тимчасового опору металу шва на розрив в кгс/мм2. Кожному типу електродів відповідає одна або кілька марок, які характеризуються складом покриття, маркою електродного дроту,

Технологічними властивостями (табл.)

Зазначені в таблиці електроди Е42, Е46 і Е42А призначені для зварювання маловуглецевих і низьколегованих сталей, Е50А - для зварювання середньовуглецевих і низьколегованих сталей, електроди, Е60А, Е70, Е85 і Е100 - для зварювання легованих сталей підвищеної міцності,-ЕА1-для зварювання високолегованих теплостійких сталей.

Покриття електродів дуже гігроскопічні, тобто здатні воложитися в процесі їх зберігання і транспортування. Тому перед виробництвом зварювальних робіт їх рекомендується висушити. Для цього електроди поміщають на 1-2 год в спеціальні переносні сушильні печі, де температура сягає 150-300 ° С.

Ручне дугове зварювання використовують для труб всіх діаметрів. Але при зварюванні труб великих діаметрів продуктивність ручного дугового зварювання різко знижується.

Для підвищення продуктивності і якості зварних стиків труб великих діаметрів на практиці часто використовують комбіновані варіанти зварювання. Наприклад, кореневої шар шва виконують ручним електродуговим зварюванням, а наступні - або напівавтоматичним зварюванням порошковим дротом, або автоматичним зварюванням під флюсом на трубозварювальних базах, або автоматичним зварюванням у середовищі захисних газів.

При зварюванні стиків труб можуть бути використані наступні варіанти ручного дугового зварювання:

кореневої шар шва і "гарячий" прохід виконують електродами з целюлозним видом покриття, наступні шари - електродами з основним видом покриття;

всі шари шва - електродами з целюлозним видом покриття;

всі шари шва - електродами з основним видом покриття.

Застосування електродів з целюлозним видом покриття для зварювання кореневого шва дозволяє збільшити темпи зварювання, продуктивність і якість робіт.

Вимоги до оброблення крайок. Труби малих діаметрів з товщиною стінки до 4 мм включно можна зварювати без оброблення крайок. Труби з товщиною стінки понад 4 мм і менше 14,8 - 15,1 мм необхідно зварювати при стандартному V-подібному обробленні кромок. Труби з великими товщинами стінок можна зварювати при вузькому та двохскосому обробленні кромок.

Запалювання дуги при ручному дуговому зварарюванні виконують миттєвим дотиком робочого торця електрода до зварюваної кромки. Внаслідок протікання струму короткого замикання та наявності певного контактного опору робочий торець електрода швидко нагрівається до дуже високих температур, в результаті відбувається іонізація дугового проміжку і встановлюється дуговий розряд. Для надійного запалювання дуги електрозварник різким рухом повинен відвести електрод від кромки труби на відстань 4 - 5 мм, але не більше - інакше дуга не виникає. Зазвичай дугу запалюють або відривом робочого кінця після короткого замикання різко вгору (запалювання "впритул"), або плавним рухом торця по дузі в сторону з повторним короткочасним торканням кромок (запалювання "сірником") (рис. 3.1). На практиці використовують обидва способи, проте для електродів з целюлозним видом покриття частіше вдаються до запалювання "впритул".

Зварювання традиційними електродами з основним видом покриття найбільш складне (у порівнянні з іншими електродами), оскільки траєкторія руху торця електрода є результуючою різних поєднань поздовжньо-поперечних переміщень. Для зварювання кореневого шару шва зазвичай використовують електроди діаметром від 2,5 (тонкостінні труби) до 3,25 мм (порівняно товстостінні труби). Для зварювання заповнюючих шарів шва зазвичай використовують електроди діаметром 3 і 3,25 мм (тонкостінні труби) і 4 мм (товстостінні труби). У нижніх положеннях (10-12 год і 2-12 год) можна використовувати електроди діаметром 5 мм.