3.3 Пространственное положение сварных швов. Конструктивные элементы сварных соединений и подготовка кромок под сварку

Ри­с. 3.26 – По­ло­же­ние свар­ных швов в про­стран­ст­ве: 1 – свар­ка в ниж­нем по­ло­же­нии; 2 – свар­ка в го­ри­зон­таль­ном по­ло­же­нии; 3 – свар­ка в вер­ти­каль­ном по­ло­же­нии; 4 – свар­ка в по­то­лоч­ном по­ло­же­нии.

В зависимости от направления угловых швов, по отношению к дейст­вующему усилию, их разделяют на лобовые, косые, фланговые, комбиниро­ванные, ( рис. 3.27). Разделку кромок выполняют в тех случаях, когда односторонняя или двух­сторонняя сварка не позволяют обеспечить проплавление свариваемых заготовок на все сечение (так как только в этом случае прочность шва равна прочности соединяемых конструкции). ГОСТ 5264 –80 устанавливает основ­ные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей, выполняемые ручной и дуговой сваркой, а ГОСТ 16037 - 80 аналогично на сварные соединения труб с трубами и арматурой.

Рис. 3.27 - Виды швов в зависимости от действующего усилия

3.4 Сущность сварки покрытым электродом

Ручная дуговая сварка - дуговая сварка, при которой возбуждение дуги, подача электрода и его перемещение производятся вручную. В виду своей уни­версальности она занимает ведущее положение среди других способов сварки. Этим способом сваривают свыше двух третей изготовляемых в России металлоконструкций.

Покрытый электрод представляет собой металлический стержень, на по­верхность которого методом опрессовки нанесено специальное покрытие, ко­торое состоит из ряда веществ: шлакообразующих, газообразующих, леги­рующих, стабилизирующих сварочную дугу, связующих. Металлические стержни применяют различного химического состава, в зависимости от назначения электродов, аналогично и состав покрытия электрода.

На рис. 3.28 представлена схема плавления электрода и образования свар­ного шва. Процесс возбуждения дуги начинается с короткого замыкания, т.е. соприкосновения электрода с изделием. В момент короткого замыкания из-за шероховатости поверхности торца электрода и основного металла касание про­исходит в отдельных выступающих участках, которые под действием тока ко­роткого замыкания мгновенно расплавляются, в результате чего образуется жидкая перемычка. При отводе электрода жидкая перемычка растягивается, плотность тока увеличивается, металл перегревается и достигает температуры кипения. При этом пары металла и газы между электродами ионизируются и возбуждается дуга - ярко светящийся столб электрического разряда. Под действием высокой температуры столба сварочной дуги 8, достигающей 6000 -7000°С, происходит плавление стержня I, покрытия 2 и основного металла 7. Возникает динамический напор газового потока, направленный в сторону ос­новного металла, образующийся под действием электромагнитных сил источника питания. Величину напора называют давлением дуги, сила которого прямо пропорциональна квадрату силы сварочного тока. Расплавленный металл 4 под действием давления дуги перемещается в хвостовую часть сварочной ванны 11. Сварочная ванна образуется из металла электрода, переносимого от­дельными каплями 9, покрытыми тонкой пленкой шлака 10 и расплавившимся основным металлом. Расплавившееся покрытие образует газошлаковую защиту 3 зоны сварки от атмосферного воздуха. Металл сварочной ванны затвердевает отдельными порциями и образует сварочный шов 5, который в расплавленном состоянии защищен от окисления тонким слоем жидкого шлака 12. Шлак, за­твердевая, образует шлаковую корку 6. При неравномерной скорости сварки поверхность сварного шва имеет грубую чешуйчатость 13, каждая чешуйка - это порция застывшего металла, отброшенная силами давления дуги и в последствии закристаллизовавшаяся. Чем равномернее скорость сварки, тем поверхность шва ровнее.

Из атмосферы воздуха в шов переходят азот и кислород, а из покрытия - водород, которые растворяются в металле сварочной ванны. Так как раствори­мость газов в твердом металле меньше, чем в жидком, то возможно образова­ние пор (пустот небольшого объема) и химических соединений, ухудшающих механические свойства шва. Поэтому при сварке необходимо стремиться к воз­можно короткой сварочной дуге, обеспечивающей надежную защиту сварочной ванны от атмосферного воздуха. Для уменьшения количества водорода в сварном шве, электроды необходимо прокаливать.

Рис. 3.28 - Схема плавления электрода и образования сварного шва: 1 - стержень металлический; 2 - покрытие; 3 - газошлаковая защита; 4 - расплав­ленный металл; 5 - линии кристаллизации сварного шва; 6 - шлаковая корка; 7 - свариваемый металл; 8 - сварочная дуга; 9 - капля электродного металла; 10 - пленка шлака; 11 - сварочная ванна; 12 - жидкий шлак на поверхности шва; 13 - чешуйки шва

Сущность сварки покрытым электродом заключается в расплавлении стержня электрода, совместно с его покрытием и образовании газошлаковой защиты, предохраняющей сварочную ванну от атмосферы воздуха.

Сварку покрытыми электродами осуществляют на прямой или обратной полярности, а также переменным током, всё зависит от марки электродов. Пря­мая полярность – минус на электроде, обратная - наоборот. В паспорте на элек­троды указывается полярность или род тока, сила сварочного тока в зависимо­сти от положения сварки. Следует различать тип электрода и его марку. Тип электрода характеризует гарантированный предел прочности наплавленного металла на растяжение. Например, тип Э - 42, предел прочности на растяжение 42 кг/мм². Марка электрода характеризует химический состав покрытия, например УОНИИ 13/45. Эта марка электродов предназначена для сварки низ­коуглеродистых сталей только на постоянном токе, а например, электродами марки МР- 3 можно сваривать металлоконструкции, как на постоянном токе, так и на переменном.