Вопросы темы
Практическое значение предмета в подготовке специалистов, цели и задачи изучения, связь с другими предметами. Исторический обзор развития сварки – роль отечественных и зарубежных ученых. Понятие сварки. Физические основы процесса сварки. Классификация основных видов сварки.
Сваркой называют процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого.
Сущность сварки заключается в сближении элементарных частиц свариваемых частей настолько, чтобы между ними начали действовать межатомные связи, которые обеспечивают прочность соединения.
В зависимости от физических признаков процессы сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.
1) термический – к которому относится сварка, осуществляемая плавлением с использованием тепловой энергии;
2) термомеханический – сварка, осуществляемая с использованием тепловой энергии и давления;
3) механический – сварка, осуществляемая с использованием механической энергии и давления.
При обычной комнатной температуре атомы металлов и сплавов прочно закреплены в узлах кристаллических решеток, в связи с чем подвижность их, т.е. способность к сближению, диффузии и сварке, незначительна. Поэтому сварку без нагрева (холодная сварка) возможно осуществить, только прикладывая в зоне соединения значительное усилие (давление) с тем, чтобы создать глубокую пластическую деформацию.
Холодной сваркой соединяют преимущественно высокопластичные материалы: медь, алюминий и др.
Нагрев металла до температур ниже точки плавления значительно расширяет возможности создания неразъемных соединений, что объясняется возрастанием подвижности атомов с повышением температуры. Однако и в этом случае подвижность атомов недостаточна для возникновения прочных межатомных связей.
Для образования сварного соединения кроме нагрева необходимо приложить давление, достаточное для создания требуемой пластической деформации соединяемых частей. Прилагаемое при нагреве усилие в 8-10 раз меньше, чем при холодной сварке, так как нагрев снижает сопротивление металла пластической деформации.
Сваркой давлением с предварительным нагревом можно соединить не только пластичные цветные металлы, но также различные виды стали, чугун.
При местном расплавлении соединяемых частей для образования сварного соединения не требуется приложения давления; сближение атомов металла обеспечивается высокой тепловой энергией, диффузией и смачиваемостью.
Для сварки плавлением используются высокотемпературные источники тепла – электрическая дуга, пламя газовой горелки и т.д. Сваркой плавлением можно соединять практически все металлы и сплавы.
Термическая сварка.
В промышленном строительстве используются следующие виды сварки: дуговая открытой дугой, дуговая под флюсом и в защитном газе, электрошлаковая, газовая.
Сварка открытой дугой – дуговая сварка, осуществляемая без подачи защитного газа или сварочного флюса, при которой зона дуги доступна наблюдению. При ручном способе сварки (рис. 1, а) для местного нагрева металла до температуры расплавления используется тепловая энергия электрической дуги 1, горящей между свариваемым металлом 2 и концом электрода 3, закрепленным в электрододержателе 4, который подключен к источнику сварочного тока. В результате плавления свариваемого металла и электрода образуется сварной шов 5. Плавящиеся электроды используются штучные со специальным покрытием.
При неплавящемся электроде (уголь, графит) дуга расплавляет свариваемый металл (рис. 1, б), образуя жидкую ванну, а необходимое сечение шва обеспечивается дополнительным плавлением дугой металлического присадочного прутка 6.
Сварка под флюсом (рис 1, в) – дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса. Электрическая дуга 1, горящая под слоем флюса 7, расплавляет свариваемый металл и электродную проволоку 3, а также флюс, в результате плавления которого образуется жидкотягучая пленка шлака 8, защищающая плавильное пространство от доступа атмосферного воздуха. В качестве электрода применяется проволока без покрытия (голая).
Дуговая сварка в защитном газе – сварка, при которой в зону дуги подается защитный газ. При этом способе сварки (рис. 1, г) в зону дуги поступает инертный (аргон, гелий) или активный (углекислый) газ 9, который защищает плавильное пространство от контакта с атмосферным воздухом. Электрод применяется плавящийся (проволока) или неплавящийся (вольфрамовый стержень).
Сварку в углекислом газе широко используют при соединении оцинкованных труб.
По степени механизации дуговую сварку разделяют на ручную, полуавтоматическую и автоматическую.
Электрошлаковая сварка (рис. 1, д) – сварка плавлением, при которой для нагрева металла используется тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак.
Сварка ведется в вертикальном положении с использованием формующих ползунов 11. Электрический ток, проходя через расплавленный шлак 10, выделяет тепло, за счет которого плавятся кромки свариваемого металла и электрод, создавая металлическую ванну 12, после охлаждения металлической ванны образуется сварной шов.
Газовая сварка (рис. 1, е) – сварка плавлением, при которой нагрев кромок соединяемых частей производится пламенем газов, сжигаемых на выходе горелки для газовой сварки.
Высокотемпературное пламя 13 газовой горелки 14 получает сжиганием горючих газов и паров (ацетилен, пропан, пары керосина и др.) в атмосфере технического кислорода. Пламенем горелки расплавляют кромки соединяемых частей и присадочный пруток 6 для получения сварного шва. При отбортовке кромок сварку выполняют без присадочного прутка.
Термомеханическая сварка.
Термомеханическую сварку, в основном контактную, осуществляемую с использованием теплоты, которая выделяется при прохождении электрического тока через контактирующие места свариваемых деталей, и одновременного механического сдавливания их.
Контактная сварка – сварка с применением давления, при которой нагрев производится теплом, выделяемым при прохождении электрического тока через находящиеся в контакте соединяемые части.
Контактная сварка может быть стыковой, точечной, рельефной и шовной.
Стыковая сварка (рис. 2, а) – при которой соединение свариваемых частей происходит по поверхности стыкуемых торцов.
Соединяемые части 1 закрепляют в зажимах 2 сварочной машины. Действием электрического тока зону стыкуемых торцов нагревают до сварочной температуры, после чего (или одновременно с этим) прикладывают осевое усилие Р.
Точечная сварка (рис. 2, б) – при которой соединение элементов происходит на участках, ограниченных площадью торцов электродов, подводящих ток и передающих сжимающее усилие.
Обычно кромки листовых элементов укладывают внахлестку и зажимают коническими электродами 4 сварочной машины. Через электроды и свариваемый металл пропускают электрический ток и после надлежащего нагрева элементов в зоне контакта прикладывают необходимое усилие Р.
Рельефная сварка – при которой соединение элементов происходит на отдельных участках по заранее подготовленным выступам. Рельефная сварка редко применяется в строительстве из-за необходимости штамповки выступов.
Шовная сварка (рис. 2, в) – при которой соединение элементов выполняется внахлестку вращающимися дисковыми электродами 4 в виде непрерывного или прерывистого шва. Процесс аналогичен точечной сварке, но для получения непрерывного шва сварные точки должны перекрывать одна другую.
Газопрессовая сварка (рис. 2, г) – сварка давлением, при которой нагрев производится пламенем газов, сжигаемых на выходе сварочной горелки. При этом способе сварки пользуются полукольцевыми многопламенными горелками 5, которыми нагревают торцы свариваемых частей 1, закрепленных в зажимах сварочной машины, и после достижения требуемой температуры сдавливают усилием Р.
Механическая сварка.
Сварка трением (рис. 2, д) – сварка давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызываемым вращением одной из свариваемых частей. Свариваемые детали 6 и 7 закрепляются в патроне токарного станка для сообщения вращения одной из деталей. Разогретые трением торцы деталей сваривают, прилагая осевое усилие Р.
Холодная сварка – сварка давлением при значительной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых частей.
На рис. 2, е приведена схема холодной сварки пластин 1, зажатых в кондукторе 9, давлением пуансонов 8.
Холодная сварка применяется для соединения высокопластичных металлов (медь, алюминий и др.).
Ультразвуковая сварка (рис. 2, ж) – сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний.
Для этой цели используются преобразователи ультразвуковых колебаний в механические, при помощи которых в зоне соединения создается нагрев металла в микроскопических объемах. Преобразователь состоит из пакета магнитострикционного преобразователя 10, системы, трансформирующей и передающей упругие колебания 11, рабочего наконечника (электрода) 4 и опоры 12. Сварка производится при сравнительно небольшом сдавливающем усилии Р.
Раздел I. Дуговая сварка
Тема 2. Сварочная дуга
Вопросы темы:
Условия появления и устойчивого горения сварочной дуги. Строение электрической дуги. Тепловые свойства дуги. Плавка и перенос металла в дуговой среде. Влияние магнитного поля на сварочную дугу. Борьба с отклонением дуги в магнитной среде. Магнитное дутье. Физическая суть сварочной дуги.
Электрические свойства дуги
Электрическая дуга представляет собой длительный и мощный разряд электричества, в процессе которого выделяется значительное количество тепловой и световой энергии. Обычно электрическая дуга горит в газовом пространстве между двумя электропроводными телами (электродами), находящимися на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга.
В нормальных условиях газы не пропускают электрический ток, но при наличии в них электрически заряженных частиц – электронов и ионов – становятся электропроводными.
Электрон – мельчайшая материальная частица с массой 9,1 .10-31 кг, несущая один отрицательный заряд электричества.
В электрическом поле электроны и отрицательные ионы устремляются к положительному полюсу, а положительные ионы – к отрицательному. Ионизация обеспечивает необходимые условия для протекания через газ электрического тока и образования дугового разряда.
В электрической дуге постоянного тока, горящей между электродами 1 и 4 (рис. 4), различают три основных участка – катодную область 3, столб дуги 5 и анодную область 2. Дуга окружена ореолом пламени 6, представляющим собой раскаленную газообразную смесь паров электродов и продуктов их реакции с окружающей газовой средой. Часть катодной области, излучающей электроны, называют катодным пятном. Плотность тока в нем очень высокая. Анодная область, расположенная у положительного электрода, бомбардируется электронами и отрицательными ионами; при этом происходит превращение энергии их движения в тепловую энергию.
Для начала процесса ионизации и возникновения дугового разряда необходимо поступление в газовую среду свободных электронов от внешнего источника. При сварке таким источником обычно является поверхность отрицательного электрода (катода).
Выход первичных электродов с поверхности катода обусловливается в основном термоэлектронной и автоэлектродной эмиссиями. Физическая сущность термоэлектронной эмиссии электронов заключается в том, что металл, нагретый до высокой температуры, приобретает способность излучать свободные электроны в окружающее пространство. Автоэлектронная эмиссия происходит за счет высокой напряженности электрического поля и не зависит от температуры нагрева катода.
Для зажигания дуги обычно пользуются термоэлектронной эмиссией, которая возникает при замыкании электродом сварочной цепи. Замыкание всегда происходит посредством микроскопических выступов, существующих на поверхности свариваемого металла и электрода. Большая плотность тока, приходящаяся на эти выступы, приводит к быстрому их нагреву до высокой температуры и возникновению мощной эмиссии электронов.
При последующем удалении конца электрода с поверхности изделия (на расстояние 3 – 5 мм) этот поток электронов вызывает ионизацию газа в межэлектродном пространстве и возникновение дугового разряда. Во время горения дуги электропроводность газа увеличивается за счет паров металла электродов, нагрева газа, автоэлектронной эмиссии и других процессов.
Изменение электропроводности межэлектродного пространства оказывает решающее влияние на величину тока и напряжение электрической дуги.
Зависимость между напряжением дуги UД и величиной тока lсв, выраженную графически, при постоянной длине дуги называют статической, или вольт-амперной, характеристикой дуги.
Статические характеристики бывают падающие, жесткие и возрастающие.
Статическая характеристика называется падающей (или отрицательной), если по мере нарастания тока lсв напряжение UД уменьшается. На рис. 5 представлены падающие вольт-амперные характеристики дуги длиной l = 2 и l = 5 мм. Как видно из рисунка (кривые a1 и a2), напряжение на дуге резко падает с возрастанием тока lсв до 60 – 80 А, а при дальнейшем увеличении тока остается примерно постоянным.
Для ионизации газа в межэлектродном пространстве в момент зажигания дуги требуется напряжение 30 – 60 В. При установившемся режиме горения дуги напряжение требуется в 1,5 – 2 раза меньшее.
Напряжение дуги при установившемся режиме не зависит от силы тока, а зависит только от длины дуги, которая при сварке плавящимся электродом может многократно меняться, что связано в значительной степени с процессами плавления и переноса металла.
Дуги с жесткой и возрастающей статической характеристикой имеют широкое применение в сварочной технике и, в частности, при автоматической и полуавтоматической сварке в защитном газе.
По сравнению с рассмотренной выше дугой постоянного тока электрический режим дуги переменного тока обладает рядом существенных особенностей.
При перемене полярности в начале и конце полупериода, когда ток достигает нулевого значения, дуга угасает и температура катодного и анодного пятен снижается, что приводит к уменьшению электропроводности межэлектродного пространства.
Когда напряжение на дуговом промежутке меняет полярность, происходит встречное движение ранее создавшихся и вновь образующихся ионов, что вызывает дополнительную деионизацию газов в столбе дуги. Повторное зажигание дуги в результате этого происходит при пиковом значении напряжения, которое выше напряжения стационарного горения дуги.
Тепловые свойства
Электрическая дуга, горящая в атмосфере (открытая дуга), является мощным и концентрированным источником тепла. Количество выделяемого тепла и температура на различных участках дуги не одинаковы и являются наибольшими в анодной ( + ) области (рис. 8).
При использовании угольного электрода и постоянного тока в катодной области ( – ) выделяется 36 – 38 % тепла q и температура Т достигает 32000 С. В анодной области выделяется 42 – 43 % тепла и температура ее близка 39000 С. Температура столба дуги в средней зоне составляет порядка 60000 С. При металлическом электроде температура в катодной области составляет около 2400, а в анодной – около 26000 С.
Неравномерным распределением тепла в дуге постоянного тока пользуются для регулирования скорости плавления основного или электродного металла, подсоединяя их соответственно к катоду ( – ) или аноду ( + ) сварочной цепи.
При питании дуги переменным током распределение ее тепла и температуры в граничных участках электродов выравнивается в связи с периодической сменой местоположения катодной и анодной областей и примерно равно их среднему арифметическому значению.
Основными тепловыми характеристиками сварочной дуги является тепловая мощность и погонная энергия.
Полная тепловая мощность свободно горящей дуги q0, т.е. количество тепла, выделяемое дугой, приравнивается к тепловому эквиваленту ее электрической мощности и может быть определена по формуле
,
где l – сила тока, А;
UД – напряжение дуги, В.
Эффективная тепловая мощность q сварочной дуги, т.е. количество теплоты, вводимое дугой в свариваемый металл в единицу времени, меньше полной тепловой мощности в связи с расходом тепла дуги на нагрев электрода, теплоотдачу в окружающую среду и потери на разбрызгивание электродного материала.
Эффективная тепловая мощность дуги, от которой зависит производительность сварки, определяется по формуле
,
где 
– эффективный КПД нагрева металла дугой, зависящий от способа сварки, материала электродов, состава покрытия и других факторов. Например, при сварке тонкопокрытыми электродами и в среде защитных газов (аргона) = 0,5 – 0,6; при сварке толстопокрытыми электродами = 0,7 – 0,85; при сварке под флюсом = 0,8 – 0,95.
Погонной энергией дуги называют количество теплоты, вводимое в 1 см длины однопроходного шва или валика.
Погонная энергия определяется отношением эффективной тепловой мощности дуги q к скорости перемещения дуги v, см/с
Погонная энергия является основным показателем для выбора режима сварки.
При дуговой сварке плавящимся электродом и постоянном сечении однопроходного шва или валика многопроходного шва погонная энергия пропорциональна поперечному сечению однопроходного шва или валика.
Особенности сжатой дуги. Для концентрации тепла дуги и повышения ее температуры столб дуги сжимают с помощью специальной конструкции сопла плазменной горелки или потока газа. В этом случае уменьшается площадь поперечного сечения столба дуги, а температура дуговой плазмы повышается за счет увеличения числа упругих соударений частиц (электронов, ионов и др.). Сжатая дуга применяется для плазменной сварки и резки металлов.
При дуговой сварке
Перенос электродного металла на изделие при дуговой сварке плавящимся электродом является сложным процессом (рис. 12). После зажигания дуги (положение I) на поверхности торца электрода образуется слой расплавленного металла, который под действием сил тяжести и поверхностного натяжения собирается в каплю (положение II). Капли могут достигать больших размеров и перекрывать столб дуги (положение III), создавая на непродолжительное время короткое замыкание сварочной цепи, после чего образовавшийся мостик из жидкого металла разрывается, дуга возникает вновь и процесс каплеобразования повторяется (положения I΄, II΄ и III΄).
Размеры и количество капель, проходящих через дугу в единицу времени, зависят от полярности и силы тока, химического состава и физического состояния электродного металла (отожженный, наклепанный), состава покрытия и ряда других условий. Крупные капли, достигающие 3 – 4 мм, обычно образуются при сварке непокрытыми электродами, мелки капли (до 0,1 мм) – при сварке покрытыми электродами и большой плотности тока.
Перенос капель жидкого электродного металла на свариваемый металл происходит под действием ряда факторов: сил тяжести и поверхностного натяжения, газового реактивного и внутреннего давления, электродинамических и электростатических сил.
Электродинамические и электростатические силы. Большое значение в процессе переноса капель с электрода на изделие имеют электродинамические силы. Напряженность электрического поля электрода всегда больше напряженности электрического поля зоны основного металла в связи с тем, что плотность тока на электроде превышает плотность тока на изделии. При таком неравномерном распределении напряжений электрических полей возникает продольная сила, действующая вдоль оси электрода от более высокой напряжености к более низкой (от электрода к изделию). Эта сила, сжимая жидкий металл у торца электрода, способствует отделению капель и переносу их в сварочную ванну.
Термический цикл
При дуговой сварке источник тепла – электрическая дуга – перемещается вдоль свариваемых кромок, нагревая и расплавляя металл. Основной и электродный металлы, перемешиваясь в подвижной сварочной ванне и застывая, образуют сварной шов.
Температура жидкого металла в сварочной ванне не везде одинакова: на периферийных участках она близка к температуре плавления металла, а на участках, находящихся под воздействием электрической дуги, выше (Т = 1530 – 23000).
Изменение температуры во время сварки в данной точке сварного шва или околошовной зоны называется термическим циклом (нагрев, плавление, затвердевание и остывание). Регулируя время нагрева и остывания путем правильного выбора режима сварки, можно повлиять на формирование структуры шва или околошовной зоны и получить шов требуемого качества.
Основными параметрами режима регулирующими термический цикл сварки, являются величина погонной энергии дуги (q/v) и начальная температура металла Т0 (перед сваркой). С увеличением погонной энергии или начальной температуры металла (в случае предварительного подогрева) скорость охлаждения уменьшается, что благоприятно влияет на структуру шва.
Физико-химические процессы
Взаимодействие жидкого металла сварной ванны с кислородом, водородом и другими газами.
Кислород поступает в ванну из воздуха или из электродного покрытия и интенсивно окисляет расплавленный металл, соединяясь c железом и другими элементами:
Fe + O = FeO + Q4
Кислород, находясь в стали в виде окиси железа FeO является вредной примесью, т.к. резко снижает механические свойства стали.
Водород попадает в сварочную ванну из влаги, находящейся в воздухе, электродном покрытии, ржавчины на кромках свариваемых деталей.
Часть молекулярного водорода остается в шве в виде газовых включений и является вредной примесью, т.к. приводит к образованию рядов дефектов сварки – пористости и трещин в шве и околошовной зоне.
Азот поступает в сварочную ванну из окружающего воздуха. Взаимодействуя с металлом он образует нитриды железа Fe4N, Fe2N. Металл шва насыщается нитридами, выделившимися из твердого раствора в α-железе в виде тонких включений (нитридных игл). Азот ухудшает механические свойства стали.
Окись углерода СО2 образующаяся при сварке стали за счет окисления углерода, содержащегося в основном и электродном металлах, обычно успевает выделиться из жидкого металла до его застывания. Однако при повышенном содержании углерода в свариваемой стали, проволоке или в электродах окись углерода остается в шве в виде пор.
Металл шва, выполненный незащищенной дугой, обладает низкими механическими свойствами.
Поэтому для получения высококачественного металла шва и сварного соединения применяют защиту расплавляемого при сварке металла.
В качестве защитного газа используют углекислый газ, аргон, гелий и др. Защитный газ из баллонов подают по шлангам в зону дуги.
Наиболее распространенной является газошлаковая защита, которая образуется при расплавлении специального покрытия, нанесенного на электрод, специального порошка – флюса, насыпанного слоем определенной толщины на место сварки или запрессованного внутрь трубчатой порошковой проволоки. В процессе сварки покрытие или флюс плавятся, образуя газ, окружающий зону сварки и шлак, обволакивающий капли расплавленного металла и сварочную ванну, что преграждает доступ к ним кислорода и азота воздуха.
Взаимодействие металла сварочной ванны с электродными покрытиями, флюсом и газом.
Электродные покрытия или флюсы кроме защиты расплавляемого при сварке металла от окружающего воздуха должны обеспечивать раскисление, легирование и рафинирование металла шва.
Раскислением называют процесс освобождения стали от кислорода легирующими элементами. При сварке служат марганец, кремний, титан, алюминий, углерод, хром, никель, молибден и др.
Параллельно с раскислением и легированием при сварке происходит рафинирование металла шва. Этот процесс заключается в освобождении шва от шлаковых включений и вредных примесей от FeS, P2O5 и др. Сера и фосфор являются вредными примесями в стали. Сера способствует возникновению трещин, а фосфор снижает вязкость стали, поэтому важно их удалить из сварного шва.
Горячие и холодные трещины
В сварных соединениях
Горячие трещины (кристаллизационные) образуются в сварных швах при высоких температурах (более 8000 С).
При остывании и затвердевании шва в процессе первичной кристаллизации между кристаллами остаются жидкие или полужидкие прослойки, которые имеют более низкую температуру плавления, чем температура плавления основной массы металла, т.к. они обогащены растворенными элементами.
Способы определения стойкости стали
против образования горячих трещин
Осуществляется методом проб. Для этого изготавливают тавровый образец из испытываемой стали толщиной не менее 7 – 8 мм. Выявление трещин производится внешним осмотром контрольного шва и его излома.
Холодные трещины
Возникают в швах и околошовной зоне при температуре ниже 100 – 2000 С. Эти трещины внутрикристаллические. Причины их возникновения – концентрация в стали углерода, водорода, фосфора, дефекты швов.
Способы определения стойкости стали
против образования холодных трещин.
Одним из способов является крестовая проба. Мерой стойкости служит начальная температура образца, при которой производится сварка, и трещины не образуются. Охлаждение образца производят в смеси бензина и твердой углекислоты, а нагрев в печи. После сварки каждого валика охлаждают образец до комнатной температуры, а затем до начальной температуры, после чего продолжают сварку. Образец выдерживают 4 суток, а затем вырезают из него образцы и проверяют наличие трещин в шве и околошовной зоне.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что называется термическим циклом? Какими параметрами он характеризуется?
2. Назовите основные физико-химические процессы, происходящие в сварном шве и околошовной зоне.
3. Объясните, почему шов, выполненный незащищенной дугой, обладает низкими механическими свойствами.
4. Для чего используются защитные газы, электродные покрытия и флюсы?
5. Раскройте сущность процессов раскисления, легирования, рафинирования.
6. Объясните структуру сварных соединений.
7. Что понимают под свариваемостью? Какие факторы влияют на свариваемость?
8. Объясните причины возникновения горячих и холодных трещин.
Литература:
Л 1 стр. 25 – 40 (§8 – §13)
Д/з Понятие о свариваемости металлов
§12 стр. 36 – 40
Сварочные флюсы
Флюсы служат для защиты наплавляемого металла сварочной проволоки от воздуха и для легирования металла необходимыми присадками. Их применяют при автоматической и полуавтоматической сварке металла и для образования шлаковой корки. По способу изготовления флюсы разделяются на плавленые и неплавленые.
Плавленые флюсы (искусственные силикаты сложного состава), являющиеся основными при автоматической сварке, изготовляются в больших количествах по ГОСТ 9087 – 81.
Для механической сварки и наплавки углеродистых низколегированных сталей служат флюсы марок: АН-348-А, АН-348-АМ, АН-348-В, АН-348-ВМ, ОСЦ-45, РСЦ-45М, АН-60 и ФЦ-9. Флюс АН-8 применяют при электрошлаковой сварке углеродистых и низколегированных сталей и сварке низколегированных сталей углеродистой и низколегированной проволокой.
Неплавленые (керамические) флюсы (механическая смесь порошкообразных компонентов, связанных раствором или спеканием). К ним относятся также магнитные флюсы. По сравнению с плавлеными флюсами они менее чувствительны к ржавчине, окалине и влаге на поверхности свариваемых кромок деталей. Это особенно важно при строительно-монтажных работах на открытом воздухе. Керамические флюсы подразделяют на три группы: для сварки низкоуглеродистых сталей (К-2, К-3, КВС-19, К-11), низколегированных сталей (К-3), для сварки легированных сталей и наплавочных работ (КС).
Защитные газы, применяемые при сварке, подразделяются на инертные и активные.
Инертные газы аргон и гелий не вступают в соединение с другими веществами и только защищают расплавленный при сварке металл от воздуха. Из активных газов для сварки применяют углекислый газ СО2. Он является окислительным газом и, защищая расплавленный металл от доступа окружающего воздуха, вместе с тем активно взаимодействует со сталью.
Аргон – одноатомный инертный газ без цвета и запаха (ГОСТ 10157 – 79). Поставляется и транспортируется для использования в баллонах типа А (ГОСТ 949 – 73), окрашенных в серый цвет, с зеленой надписью «Аргон чистый», под давление 15 МПа (150 кгс/см2). Применяется при сварке ответственных сварных швов высоколегированных сталей, титана, алюминия, магния, и их сплавов.
Гелий– одноатомный инертный газ без цвета и запаха (ГОСТ 20461 – 75) двух сортов: высокой чистоты и технический. Транспортируется в баллонах типа А при максимальном давлении 15 МПа (150 кгс/см2). Баллоны окрашены в коричневый цвет с надписью «Гелий» белого цвета. Гелий используют так же, как аргон, но значительно реже ввиду его дефицитности.
Углекислый газ (двуокись углерода) выпускается двух сортов: высшего и первого. Поставляется в сжиженном состоянии в баллонах типа А объемом 40 л при максимальном давлении 20 МПа (200 кгс/см2). Применяется при сварке низкоуглеродистых и некоторых конструкционных и специальных сталей.
Техника ручной сварки
Сварочную дугу зажигают двумя способами: «впритык» и «спичкой». Способ «впритык» применяют для разжигания дуги на разогретом металле, а «спичкой» на холодном.
При способе «впритык» сварщик ударяет концом электрода о деталь и отводит его на расстояние 2 – 4 мм от детали. В это время зажигается сварочная дуга. Если замедлить отрыв электрода от изделия, то может произойти приварка его конца к изделию.
Во время сварки необходимо следить за длиной сварочной дуги, которая рассчитывается по формуле: lg = (0,5 – 1,1) dЭ.
Увеличение длины дуги увеличивает доступ воздуха к расплавленному металлу и ухудшает качество шва.
Для обеспечения высокого качества шва сварщик должен беспрерывно поддерживать требуемую длину дуги, не допускать ее обрывов и манипулировать электродом.
Манипуляция электродом состоит из двух основных движений – вдоль и поперек оси сварного соединения. Движение вдоль оси необходимо для образования сварного шва или его слоя; производят такое движение равномерно, с одной скоростью, соответствующей току, диаметру электрода и сечению сварного шва.
Для наплавки узкого валика применяют движение только вдоль оси, без поперечного колебания электрода. Ширина шва при этом 0,8 – 1,5 dЭ.
I II III IV V VI VII VIII IX X
Движениями поперек оси достигается наплавление валиков от 2 до 4 dЭ.
Обычно применяются движения I, II, VI, IX, X типов, после чего необходимо задержаться в крайних точках для лучшего провара кромок шва. Этой же цели служат движения типов V и VIII. Движения типов III и VII – для лучшего прогрева середины шва.
В случае самопроизвольного прерывания дуги в процессе сварки в шве образуется кратер, являющийся причиной образования трещин.
Первый слой сварки – наиболее ответственный; при его наложении необходимо полностью расплавить кромки и затем проверить, нет ли трещин.
Обнаруженные трещины следует вырубить или выплавить, а исправленные участки вновь заварить. Начало и конец каждого из слоев должны быть смещены на 15…30 мм по отношению к началу и концу предыдущего слоя. Последний шов должен иметь ровную поверхность и плавно переходить к основному металлу.
И полуавтоматической сварки
Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом – одна из основных способов сварки прямолинейных швов в стационарных условиях. Автоматическая сварка под флюсом производится с помощью автоматической установки (сварочная головка или сварочный трактор), которая подает электродную проволоку и флюс в зону сварки, перемещает дугу вдоль свариваемого шва и поддерживает стабильное ее горение. Автоматическая сварка применяется в заводских условиях вместо ручной сварки.
Автоматическая и полуавтоматическая сварка имеет большие преимущества перед ручной сваркой: высокая производительность (в 5 – 10 раз), высокое качество сварного шва, экономия электродного металла и электроэнергии. Однако автоматическая сварка имеет и недостатки: ограниченная маневренность сварочных автоматов, сварка только в нижнем положении.
В практике нашли широкое применение два вида автоматического оборудования: подвесные (неподвижные и самоходные) головки и сварочные тракторы. Полуавтоматическая сварка под флюсом с помощью шланговых полуавтоматов в ряде случаев более эффективна, чем автоматическая и ручная сварка. Сварку под флюсом в большинстве случаев выполняют на переменном токе, как более экономичную. Постоянный ток используют при сварке металлических листов толщиной 2 – 4 мм, при сварке в полевых условиях, при больших колебаниях напряжения сети, а также при сварке аустенитных и других высоколегированных сталей, алюминия и его сплавов, меди и др.
Шланговые полуавтоматы сочетают в себе универсальность и маневренность ручной сварки с преимуществами автоматической сварки под флюсом. Полуавтомат производит только подачу электродной проволоки в зону дуги, а дугу вдоль свариваемого шва перемещает сварщик с помощью специального электрододержателя. Сварку выполняют при повышенных плотностях тока – до 200 А/мм2, что позволяет применять электродную проволоку диаметром 1,2 – 2,5 мм.
Шланговые автоматы отличаются от полуавтоматов тем, что вместо держателя для ручного передвижения сварочной дуги применяется самоходная сварочная головка легкого типа с электродвигателем и устройством для перемещения ее по свариваемому изделию вдоль шва.
Сварка в защитных газах
Известны следующие разновидности сварки в защитных газах: в инертных одноатомных газах (аргон, гелий), в нейтральных двухатомных газах (азот, водород), в газообразной двуокиси углерода (углекислом газе). В практике широкое распростр<
Дата: 2016-10-02, просмотров: 176.
