Ручная дуговая сварка

Дуговая сварка выполняется неплавящимся и плавящимся металличе­скими электродами.

В первом случае дуга возбуждается между основным металлом и вольф­рамовым (реже — угольным) электродом. Для заполнения разделки кромок обычно применяется присадочный материал в виде металлического стержня, подаваемого сварщиком в дугу.

При электрической дуговой ручной сварке металлическим электродом (рис. 23.10) дуга горит между основным металлом и электродом, служащим присадочным металлом. В качестве электрода применяется стержень из про­волоки, близкой по химическому составу к свариваемому материалу.

На электроды наносят специальные покрытия с целью:

1) создания шлаковой и газовой защиты расплавленного металла сва­рочной ванны (шлак защищает и капли металла в процессе перехода их с электрода в шов, обволакивая их);

2) раскисления наплавленно­
го металла с помощью добавок в
покрытие таких элементов, как Мп,
Si, Ti, А1 в виде ферросплавов или
чистых элементов;

3) легирования наплавлен­
ного металла, что позволяет из­
менять его химический состав, а
также расширяет возможность
получения требуемых свойств
наплавленного металла;

Рис. 23.10. Схема дуговой электрической сварки металлическим электродом: / — затвердевший шлак; 2 — слой расплав­ленного шлака; 3 — сварочная ванна; 4 — дуга; 5 — электродное покрытие; 6 — металлический стержень

4) улучшения стабильности
горения дуги посредством вклю­
чения в покрытие элементов с ма­
лым потенциалом ионизации.

Ручная дуговая сварка при­меняется главным образом в изде­лиях, имеющих короткие и преры­вистые швы, швы сложной конфи­гурации, т. е. там, где трудно или невыгодно применять автоматические методы сварки. Положительной сто­роной ручной сварки является возможность производить сварку в любом пространственном положении, что особенно важно для сварки в монтажных условиях.

К недостаткам ручной дуговой сварки относятся: трудности сварки тонкого материала (менее 1—2 мм), длительный срок обучения свар­щика высокой квалификации (1,0—1,5 г), большая зависимость качест­ва сварки от индивидуальных особенностей сварщика, малая произво­дительность.

Ручной дуговой сваркой можно сваривать стали, чугун, медь и медные сплавы. Естественно, что для каждого металла и его сплавов необходимо применять соответствующие электродные проволоки и покрытия. Виды соединений для ручной дуговой сварки приведены на рис. 23.11.

Соединение стыковое без разделки кромок (рис. 23.11, а) рекомендуется для толщин металла не более 3 мм. Наличие зазора обеспечивает полное проплавление. Зазор а при S = 1—2 мм должен быть равен 0—1 мм, а при 5 = Змм — а = 0-1,5 мм.

Соединения стыковые с V-образной разделкой кромок (рис. 23.11, б) рекомендуются для толщины 3—21 мм. Если толщина больше (до 30 мм) или необходимо уменьшить угловые деформации и площадь сечения шва, то применяют стыковое соединение с Х-образной разделкой кромок (рис. 23.11, в).

Рис. 23.11. Рекомендуемые типы соединений для ручной дуговой сварки

При этом необходимо иметь в виду, что сварка такого соединения требует доступа к нему с двух сторон.

Из угловых соединений (рис. 23.11, г, д, е) соединение типа г рекомен­дуется для толщин не более 8 мм, соединение типа д — для толщин не более 26 мм. Для больших толщин рекомендуется соединение типа е.

Тавровое соединение указанного вида (рис. 23.11, ж) рекомендуется для толщины не более 5—6 мм. В случае больших толщин на вертикальной стенке снимаются двусторонние фаски (рис. 23.11, з).

Соединение нахлесточное (рис. 23.11, и) применяется при 5 = 2—6 мм. Зазор а допускается от 0 до 4 мм. В отличие от стыкового соедине­ния нахлесточное облегчает сборку сварных узлов, однако из-за несоос­ности соединяемых деталей при работе в таких соединениях возникает изгибающий момент, снижающий прочность соединения, особенно из высокопрочных материалов. Нахлесточное соединение нерационально как с точки зрения уменьшения расхода металла, так и снижения массы конструкции. При применении нахлесточного соединения, так же как таврового и углового, имеющих повышенную жесткость, больше вероят­ность образования трещин при сварке.

23.3. Автоматическая дуговая сварка под флюсом

При автоматической дуговой сварке под флюсом дуга горит под слоем флюса между непокрытым металлическим электродом и деталью, расплав­ляя некоторое количество флюса, поступающего из бункера (рис. 23.12).

Газы и пары, выделяющиеся при плавлении флюса и металла, образуют пузырь, поднимая слой шлака над поверхностью сварочной ванны. Давление в пузыре уравновешивает слой флюса и шлака. По мере накопления в пузыре газов давление возрастает настолько, что оболочка пузыря разрывается, газы выходят наружу. Затем пузырь образуется вновь.

Подача электрода по мере его оплавления и перемещение вдоль шва полностью механизированы, что улучшает стабильность качества сварки и условия труда.

Автоматическая сварка под флюсом по сравнению с ручной имеет сле­дующие преимущества.

1. Хорошую и сравнительно дешевую защиту расплавленного металла от воздействия атмосферного воздуха.

2. Производительность при автоматической сварке под флюсом по сравнению с ручной сваркой увеличивается в 5—25 раз в зависимости от толщины свариваемого металла и конструкции изделия. Повышение произ­водительности при этом способе достигается вследствие увеличения плотно­сти тока.

3. Лучшее качество сварного соединения из-за более надежной защиты расплавленного металла, однородности металла по химическому составу,

отсутствия перерывов в процессе сварки для смены электрода.

Рис. 23.12. Схема сварки под флюсом: / — механизм подачи электродной проволоки; 2 — электродная проволока; 3 — электриче­ская дуга; 4 — жидкий шлак, 5 — расплавлен­ный металл; 6 — флюс; 7 — шов; 8 — основной металл; 9 — токоведущая втулка; t>„ и t>c. — соответственно скорость подачи проволоки и скорость сварки

4. Более низкий расход элек­тродного металла вследствие уменьшения доли электродного металла в образовании шва (с 70 до 30%), снижение потерь на угар, разбрызгивание и огарки.

5. Улучшение условий труда, так как отпадает необходимость защиты глаз от светового излуче­ния и уменьшается количество вредных газов, выделяемых в про­цессе сварки.

6. Сокращение производствен­ных площадей.

7. Сокращение времени на
обучение сварщика.

Автоматическая сварка под флюсом имеет ряд существенных недостатков.

1. Повышенные требования к чистоте свариваемых кромок и сборке дета­лей.

2. Трудность сварки деталей толщиной 1—2 мм и менее, а также швов в потолочном положении и на вертикальной плоскости.

3. Невозможность визуального контроля за положением электрода.

4. Необходимость наличия подкладки (съемной или остающейся) при сварке с полным проплавлением для поддержания расплавленного металла. Это обусловлено повышенным давлением дуги на расплавленный металл сварочной ванны вследствие больших плотностей тока, применяемых при сварке под флюсом.

Автоматическая дуговая сварка под слоем флюса нашла широкое при­менение в изделиях из сталей различных марок. Этим способом можно сва­ривать медные и титановые сплавы, а также алюминиевые. Только в послед­нем случае дуга горит над тонким слоем флюса, раскисляющим оксидную пленку алюминия.

Сварку под флюсом производят на автоматах, представляющих со­бой, например, самоходную тележку (трактор), снабженную сварочной головкой, пультом управления и т. п., или сварочные головки, устанав­ливаемые неподвижно. В последнем случае сварка производится за счет движения изделия.

Наряду с автоматической сваркой под флюсом применяется полуавто­матическая сварка, при которой подача проволоки к месту сварки произво­дится с помощью редуктора и электродвигателя, а перемещение ее вдоль стыка в отличие от автоматической осуществляется вручную. Флюс поступа­ет из бункера сварочного пистолета.

Полуавтоматическая сварка применяется для сварки швов сложной конфигурации небольшой протяженности, в единичном производстве, т. е. там, где автоматизировать полностью процесс сварки нерационально.

Все большее распространение получает сварка порошковой проволокой (рис. 23.13), как автоматическая, так и полу­автоматическая, что значительно упрощает процесс сварки, делает его более универ­сальным и экономичным. Поэтому сварка порошковой проволокой в ряде случаев вы­тесняет ручную дуговую сварку качествен­ным электродом и сварку под флюсом.

С целью улучшения защиты расплав­ленного металла сварочной ванны приме­няют сварку порошковой проволокой с ^Рис" ^23Л3' Разновидности порош-

i, ковой проволоки:

дополнительной защитой ванны углекис-, ^v, „

' / — стальная оболочка; 2 — порошко-

лым газом или обычным флюсом. _вый наполнитель

23.4. Электрошлаковая сварка

Сущность электрошлаковой сварки заключается в том, что расплавление электродной проволоки и свариваемых кромок производится за счет теплоты расплавленного флюса, который нагревается при прохождении через него тока (рис. 23.14).

Первоначально часть флюса расплавляется дугой, возбуждаемой между технологической подкладкой и электродом. Постепенно на подкладке обра­зуются слой жидкого металла в результате плавления электродов и материа­ла подкладки и жидкий шлак. По мере повышения температуры шлака под действием постоянно горящей неподвижной дуги увеличиваются его количе­ство и электропроводность. Общее электрическое сопротивление слоя шлака значительной толщины становится соизмеримым с сопротивлением дуги, она шунтируется шлаком и гаснет. Далее процесс переходит в ту стадию, когда основная часть теплоты, требуемой для расплавления металла элек­трода и соединяемых деталей, генерируется в шлаковой ванне при прохож­дении через нее тока. Электрошлаковый процесс, таким образом, осуществ­ляется благодаря джоулевой теплоте и является бездуговым.

Сварка выполняется вертикально снизу вверх. Свариваемые детали ус­танавливаются с зазором, величина которого зависит от толщины деталей. Снизу зазор ограничен технологической подкладкой, сбоку — водоохлаж-

даемыми медными накладками. При свар­ке используют один или несколько пла­стинчатых электродов или электроды из проволоки. Для равномерного заполнения стыка электродам иногда придают воз­вратно-поступательное перемещение вдоль плоскости стыка.

Медные водоохлаждаемые боковые накладки могут быть неподвижными (при малой высоте деталей) или перемещаю­щимися снизу вверх по мере кристаллиза­ции шва.

Рис. 23.14. Схема процесса элек­трошлаковой сварки: / — свариваемая деталь, 2 — шлаковая ванна, 3 — медные охлаждающие на­кладки, 4 — сварочная ванна, 5 — мундштуки, подводящие ток, 6 — элек­троды

Электрошлаковой сваркой соединяют детали толщиной более 40—50 мм, при­чем верхний предел свариваемых толщин практически не ограничен. Электрошла­ковая сварка позволяет значительно по­высить производительность, особенно при сварке металла большой толщины; обес­печить высокое качество сварного соеди­нения вследствие надежной защиты жид-

ким шлаком от взаимодействия с атмосферой расплавленного металла; уменьшить пористость в наплавленном металле, что обусловлено более мед­ленным охлаждением сварочной ванны, в результате чего пузырьки газа ус­певают всплыть на поверхность металла и удалиться; увеличить стойкость сварного шва к образованию трещин, что является следствием благоприят­ных условий охлаждения сварного соединения.

Стоимость сварочных работ при электрошлаковой сварке снижается, в том числе из-за уменьшения в 15—20 раз расхода флюса по сравнению с автоматиче­ской сваркой под флюсом и отсутствия необходимости в скосе кромок.

23.5. Дуговая сварка в защитных газах

Среди дуговых методов сварки, получивших достаточно широкое рас­пространение, имеются такие, у которых защита расплавленного металла сварочной ванны от взаимодействия с воздухом осуществляется инертными, некоторыми активными газами или их смесью. Классификация способов сварки в защитных газах показана на рис. 23.15.

Наибольшее распространение получила сварка в инертном газе аргоне и в углекислом газе, причем вследствие высокой стоимости инертных газов там, где это возможно, их заменяют углекислым газом или водородом, полу­чаемым разложением дистиллированной воды электролизом непосредствен­но в сварочных установках. Сварку в инертных газах можно выполнять не-плавящимся и плавящимся электродами.

В качестве неплавящегося электрода (рис. 23.16, а) применяется пруток вольфрама, а в качестве плавящегося (рис. 23.16, б) — проволока из основ­ного металла или близкого ему по химическому составу.

Сварка неплавящимся электродом бывает ручной, полуавтоматической и автоматической. При ручной сварке сварщик самостоятельно подает при­садочную проволоку в зону дуги, где она оплавляется и перемещает горелку вдоль стыка свариваемого изделия. Если механизируется одно из этих пере­мещений, например подача проволоки в зону дуги, то сварку относят к полу­автоматической, если оба перемещения — к автоматической (рис. 23.17).

При сварке вольфрамовым электродом дуга горит очень устойчиво даже при малой плотности тока вследствие высокой термоэмиссионной способно­сти вольфрама. Поэтому удается сваривать небольшие (до 0,1 мм) толщины металла. При сварке вольфрамовым электродом деталей больших толщин (свыше 8—10 мм) применяют более мощные трехфазные дуги.

При сварке плавящимся электродом дуга горит между концом проволо­ки, непрерывно подаваемой по мере ее оплавления в зону сварки, и издели­ем. При сварке плавящимся электродом можно применять ток значительной

Дуговая сварка в защитных газах

В инертных газах
Аг
Не
Аг + Не

В смеси

инертного и

активного газов

Ar + Ni

Ar + Hj

Ar + Oj

Ar + COj

Ar + Oi + CCfe

В активных газах

COj

N2

Н2

Н20(пар) -

COj + Cb "

Струйная защита

Комбинированная

струйная

защита

Камера с

контролируемой