9 Способы сварки (Раздаточный материал)

Ручная дуговая сварка плавящимся покрытым электродом - дуговая сварка плавящимся электродом, выполняемая вручную с использованием покрытого электрода.

Рис. 54С. Схема ручной дуговой сварки плавящимся покрытым электродом (РДС)

При РДС источником теплоты является электрическая (сварочная) дуга 8. Для образования и поддержания электрической дуги к электроду и свариваемому изделию от источника питания подводится переменный или постоянный сварочный ток (процесс сварки на постоянном токе стабильнее, чем на переменном). Зажигание сварочной дуги производится вручную в результате касания электродом поверхности свариваемых элементов. В процессе сварки дуга 8 горит между торцом металлического стержня 7 электрода (электродный металл) и свариваемыми заготовками 1 (основной металл). Под действием теплоты дуги металлический стержень электрода плавится и расплавленный металл 10 каплями стекает в сварочную ванну 9. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода 6, образуя газовую защитную атмосферу 5 вокруг дуги. Капли расплавленного защитно-легирующего покрытия 11 формируют жидкую шлаковую ванну 4 на поверхности расплавленного металла. По мере расходования электрод вручную подается в зону сварки со скоростью Vпэ (скорость подачи электрода), равной средней скорости его плавления, что обеспечивает постоянство средней длины дугового промежутка (длины дуги) Lд^*. Газовая защитная атмосфера и жидкая шлаковая ванна изолируют зону сварки от окружающего воздуха. При перемещении вручную дуги со скоростью сварки Vсв сварочная ванна затвердевает и формируется сварной шов 3. В состав сварного шва входят как электродный (металл электрода), так и основной металл. Затвердевший жидкий шлак образует твердую шлаковую корку 2 на поверхности сварного шва, которая защищает остывающий твердый металл от влияния окружающей среды.

Для обеспечения стабильности процесса сварка осуществляется на постоянном токе.

Для увеличения глубины проплавления (увеличения производительности сварки) применяется обратная полярность («+» - на электроде; «- » - на изделии).

Для предотвращения образования дефектов (см. «Дефекты сварных соединений») сварка выполняется при определенной длине дуги.

*Длина дуги Lд – расстояние от торца металлического стержня электрода до поверхности сварочной ванны.

Защитно-легирующее покрытие электродов

Покрытие электродов готовят из порошкообразной смеси различных компонентов. Назначение покрытия - повысить устойчивость горения дуги, провести металлургическую обработку сварочной ванны, обеспечить защиту расплавленного металла от атмосферных газов и улучшить качество сварки.

Электроды с защитно-легирующим покрытием называются качественными электродами.

ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ

Основными режимами ручной дуговой сварки покрытыми электродами являются: величина сварочного тока, род и полярность тока, напряжение на дуге, скорость сварки Vсв, диаметр электрода.

Преимущества.

Недостатки.

1. Возможность выполнения прямолинейных и криволинейных швов в любых пространственных положениях.

2. Возможность выполнения швов в труднодоступных местах, а также при монтажных работах и сборке конструкций сложной формы.

3. Простота, дешевизна и транспортабельность оборудования.
4. Сравнительно быстрый переход от одного свариваемого материала к другому.

5. Возможность сварки самых различных сталей благодаря широкому выбору выпускаемых марок электродов.

6. Возможность визуального контроля за формированием сварного шва.

1. Влияние на качество сварки субъективного фактора.

2. Сварка коротких швов из-за ограниченной длины электрода.

3. Для предотвращения образования шлаковых включений в многопроходных швах необходимо очищать от шлака ранее сваренный шов перед укладкой последующего.

4. Низкая производительность из-за невозможности применения больших сварочных токов и затрат времени на смену электрода.

5. Вредные условия процесса сварки

Область применения.

В промышленности – единичное производство (опытное, ремонтное), в строительстве – монтажное производство.

Автоматическая дуговая сварка - дуговая сварка, при которой возбуждение дуги, подача плавящегося электрода или присадочного металла и относительное перемещение дуги и изделия осуществляются механизмами без непосредственного участия человека, в том числе и по заданной программе.

Рис. 55С Схема дуговой сварки под флюсом проволочным электродом.

При дуговой сварке под флюсом проволочным электродом источником теплоты является сварочная дуга 1. Для сварки используют непокрытую электродную проволоку и флюс, который защищает дугу, сварочную ванну и сварной шов от влияния атмосферы. Сварочная дуга 1 горит между свариваемыми заготовками 2 (основной металл) и концом электродной проволоки 3 (электродный металл). Сварочный ток к проволоке подводится через скользящий токоподвод 4 по электрической цепи 11 от источника переменного (~) или постоянного (–) тока 13 при замыкании контактора 12.

Зона сварки закрыта высыпающимся из бункера 9 мелкозернистым флюсом 14, образующим на поверхности свариваемого металла слой толщиной 30…80 мм и шириной 40…100 мм. Под влиянием теплоты дуги электродная проволока плавится и по мере расплавления подаётся в зону сварки из кассеты 5 роликами 10 подающего механизма с постоянной скоростью Vпп . Кроме того, дуга расплавляет основной металл и часть флюса, находящегося в зоне дуги. В области горения дуги образуется полость 6, изолированная от окружающей среды. Капли расплавленной электродной проволоки, расплавленный основной металл и расплавленный флюс (жидкий шлак) смешиваются и образуют сварочную ванну 8. Расплавленный флюс 7 вследствие значительно меньшей плотности всплывает на поверхность расплавленного металла и покрывает его плотным слоем.

Электродная проволока вместе с дугой перемещается в направлении сварки (Vсв). Капли плавящейся электродной проволоки и жидкий металл сварочной ванны под силовым воздействием дуги отталкиваются в сторону, противоположную движению дуги. По мере удаления дуги металл сварочной ванны начинает охлаждаться, а затем затвердевает, образуя сварной шов 15. Затвердевший шлак образует на поверхности шва шлаковую корку 16. После прекращения сварки и охлаждения металла шлаковая корка удаляется с поверхности шва.

Нерасплавленный в процессе сварки избыточный флюс убирается и используется в дальнейшем при последующей сварке.

ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ

Основными параметрами режима дуговой сварки под флюсом проволочным электродом являются: диаметр электродной (сварочной) проволоки, величина сварочного тока, напряжение на дуге, скорость сварки Vсв, скорость подачи электродной проволоки Vпп. Дополнительными параметрами являются: род и полярность тока (при постоянном токе), толщина слоя флюса.

Сварочные материалы.

Сварочными материалами при дуговой сварке под флюсом проволочными электродами являются электродная проволока и флюс для дуговой сварки.

Электродная проволока - сварочная проволока для использования в качестве плавящегося электрода. Электродная проволока может иметь химический состав близкий к составу свариваемого металла или существенно отличающийся от него за счет дополнительно введенных легирующих элементов, что позволяет легировать этими элементами металл шва. Для сварки применяют специально выплавленную проволоку обозначенную индексом Св. Например, Св-08 означает: сварочная проволока, содержащая 0,08% углерода. Проволоку заправляют в кассеты. Длина заправленного куска может достигать десятков и сотен метров.

Флюс для дуговой сварки - сварочный флюс, защищающий дугу и сварочную ванну от вредного воздействия окружающей среды и осуществляющий металлургическую обработку ванны.

Преимущества.

Недостатки.

1. Возможность использования больших сварочных токов (от 500 до 1500 А). Отсутствие покрытия позволяет приблизить токоподвод к торцу проволоки (на расстояние 40 – 60 мм от торца электродной проволоки), устраняя тем самым перегрев электрода даже при больших значениях сварочного тока.

2. Возрастание производительность процесса сварки в 10 – 15 раз. Высокая производительность достигается: использованием больших сварочных токов и, как следствие, увеличением коэффициента наплавки до 20…25 г/(А·ч); непрерывностью процесса сварки; более полным использованием теплоты дуги для сварки (до 95%).

3. Увеличение глубины проплавления в связи с повышением тепловой мощности и давления дуги вследствие использования больших сварочных токов.

4. Существенное снижение потерь на угар и разбрызгивание (потери не более 3%) в результате флюсовой защиты сварочной ванны.

5. Повышение качества сварных швов в результате применения флюса, обеспечивающего: защиту дуги и сварочной ванны от вредного воздействия окружающей среды; очищение металла шва от загрязнений; раскисление, легирование и рафинирование металла сварочной ванны; благоприятное формирование сварного шва.

6. Возможность механизации процесса сварки.

7. Не требуется защитных приспособлений от светового излучения дуги, т.к. дуга горит под слоем флюса.

8. Не требуется высокая квалификация сварщика.

1. Значительный нагрев изделия в процессе сварки и, как следствие, большие сварочные деформации и напряжения.

2. Сварка тел вращения диаметром более 30 мм, т.к. при меньших диаметрах перегрев изделия приводит к стеканию расплавленного металла и флюса по дуге цилиндрической поверхности.

3. Сварка только в нижнем положении (без специальных приспособлений максимальный наклон изделия до 15°) из-за повышенной текучести расплавленных металла и флюса.

4. Неэкономичность использования при сварке коротких швов протяженностью менее 250 мм.

5. Для предотвращения образования шлаковых включений в многопроходных швах необходимо очищать от шлака ранее сваренный шов перед укладкой последующего.

6. Невозможность непосредственного наблюдения за формированием сварного шва.

Область применения.

Тяжелое транспортное, нефте-химико-энергетическое машиностроение. В строительстве монтажная сварка при возведении мостов, листовая сварка резервуаров, листовая сварка в судостроении. Тип производства–массовое.

Дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом - дуговая сварка плавящимся электродом, при которой используют электродную проволоку, а дугу и сварочную ванну защищают от атмосферы газом, подаваемым снаружи.

Дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом может быть автоматической и механизированной

Автоматическая дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом (рис. 56С)

Рис. 56С. Схема автоматической дуговой сварки в защитном газе плавящимся электродом

При дуговой сварке в защитном газе плавящимся электродом источником теплоты является сварочная дуга 1, горящая между плавящимся электродом (сварочной проволокой) 2 и изделием 3. В зону сварки через сопло* 4 подаётся защитный газ 5 (ЗГ), защищающий металл сварочной ванны 6, капли электродного металла и нагретый участок сварного шва 7 от воздействия активных газов атмосферы. Теплотой дуги расплавляются кромки свариваемого изделия и электродная (сварочная) проволока. Расплавленный металл сварочной ванны 6, кристаллизуясь, образует сварной шов 7, на поверхности которого находится тонкий слой шлака 8.

Дуговую сварку в защитных газах плавящимся электродом ведут на постоянном токе обратной полярности, т.к. при переменном токе из-за сильного охлаждения столба дуги защитным газом, дуга может прерываться. Напряжение на сварочную проволоку подается через скользящий токоподвод 9. По мере плавления сварочная проволока поступает в зону сварки с постоянной скоростью Vпп, что обеспечивается механизмом подачи сварочной проволоки. В качестве электродного металла применяют сварочную проволоку близкую по химическому составу к основному металлу. Выбор защитного газа определяется его инертностью к свариваемому металлу, либо активностью, способствующей рафинации металла сварочной ванны. Для сварки цветных металлов и сплавов на их основе применяют инертные одноатомные газы (аргон, гелий и их смеси). Для сварки меди и кобальта можно применить азот. Для сварки углеродистых и низколегированных сталей применяют углекислый газ СО2. Но углекислый газ диссоциирует в дуге при высоких температурах, образуя оксид углерода СО и кислород О₂. Кислород вступает в химическую реакцию с металлом, что способствует выгоранию легирующих компонентов и компонентов – раскислителей (кремния, марганца). В связи с этим при сварке в СО2 сварочную проволоку следует выбирать с повышенным содержанием этих элементов. В ряде случаев целесообразно применять смесь инертных и активных газов, чтобы повысить устойчивость дуги, улучшить формирование шва, воздействовать на его геометрические параметры, уменьшить разбрызгивание.

* Сопло горелки для дуговой сварки - сопло для подвода и направления газа с целью защиты сварочной ванны и электрода от воздействия воздуха.

ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ

Основными режимами дуговая сварки в защитном газе плавящимся электродом являются: величина сварочного тока, род и полярность тока, напряжение на дуге, расход защитного газа, скорость сварки Vсв, диаметр электродной проволоки, скорость подачи электродной проволоки Vпп.

Преимущества.

Недостатки.

1. Повышенная производительность (по сравнению с дуговой сваркой покрытыми электродами).

2. Надежная защита зоны сварки от влияния атмосферы..

3. Минимальная чувствительность к образованию оксидов.

4. Отсутствие шлаковой корки и, следовательно, исключение операции очистки от шлака ранее сваренного шва перед укладкой последующего при сварке многопроходных швов.

5. Практическое исключение в сварном шве неметаллических включений (т.к. защита только газовая).

6.Возможность сварки во всех пространственных положениях.

7. Возможность визуального контроля формирования шва.

1. Чувствительность к сквозняку, ветру, которые могут выдувать защитные газы из зоны сварки

2. Большие потери электродного металла на угар и разбрызгивание (на угар элементов 5-7%, при разбрызгивании от 10 до 30%).

3. Мощное излучение дуги.

4. Ограничение по сварочному току (сварка возможна только на постоянном токе).

5. Дороговизна инертных газов, т.е. высокая стоимость сварки.
6. Высокая скорость охлаждения сварного соединения (охлаждение изделия защитным газом).

7. Требуется хорошая вентиляция.

8. Сварка в CO₂ возможна в основном для углеродистых и низколегированных сталей.

Область применения.

Практически все отрасли машиностроения; в строительстве на монтаже крупногабаритных конструкций; автоматическая сварка неповоротных стыков трубопроводов большого диаметра.

Дуговая сварка в защитном газе неплавящимся электродом может быть автоматической, механизированной и ручной.

а

б

Рис. 57С. Схема дуговой сварки в защитном газе неплавящимся вольфрамовым (W) электродом

а – без присадки (может быть ручной и автоматической); б –с присадочной проволокой (с присадкой) (может быть ручной, механизированной и автоматической).

Vсв – скорость сварки; Vпп – скорость подачи присадочной проволоки

При дуговой сварке в защитном газе неплавящимся электродом (рис. 57С, а) источником теплоты является сварочная дуга 1, горящая между неплавящимся электродом 2 и изделием 3. В зону сварки через сопло 4 подаётся защитный газ 5 (ЗГ), защищающий металл сварочной ванны 6 и нагретый участок сварного шва 7 от воздействия активных газов атмосферы. Теплотой дуги расплавляются кромки свариваемого изделия. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь, образует сварной шов 7 на поверхности которого находится тонкий слой шлака 8. В состав шва входит только основной металл. Ток от источника питания к электроду подается с помощью токоподвода 9. Сварка может выполняться как на переменном, так и на постоянном токе. Неплавящийся электрод изготавливается из тугоплавкого материала - вольфрама. В качестве защитного газа при сварке вольфрамовым электродом применяются только инертные газы или их смеси - аргон, гелий, смесь аргона и гелия. Активный газ СО₂ применять нельзя, т.к. образующийся при диссоциации СО₂ в области высоких температур кислород окисляет вольфрамовый электрод, что приводит к его выгоранию.

При сварке металла большой толщины для обеспечения проплавления основного металла и получения требуемых геометрических параметров сварного шва, сварку ведут по зазору или с разделкой кромок с добавлением присадочного (чаще всего в виде проволоки) металла (рис. 57С, б). При сварке с присадкой в состав сварного шва входит основной металл и металл присадочной проволоки.

ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ СВАРКИ

Сварка без присадки (рис. 57С, а)

Сварки с присадкой (рис. 57С, б)

величина сварочного тока, род и полярность тока, напряжение на дуге, расход защитного газа, скорость сварки Vсв, диаметр вольфрамового электрода.

величина сварочного тока, род и полярность тока, напряжение на дуге, расход защитного газа, скорость сварки Vсв, диаметр вольфрамового электрода, диаметр присадочной проволоки, скорость подачи присадочной проволоки Vпп.

Преимущества.

Недостатки.

1. Высокая устойчивость дуги независимо от рода и полярности тока.

2. Возможно получение металла шва с долей участия основного металла от 0 ( с присадкой) до 100% (без присадки).

3. Изменяя скорость подачи, угол наклона и марку присадочной проволоки можно регулировать геометрические параметры сварного шва и химический состав металла шва.

4.Возможность сварки во всех пространственных положениях.

5. Возможность визуального контроля за формированием сварного шва.

6. Отсутствие шлаковой корки и, следовательно, исключение операции очистки от шлака ранее сваренного шва перед укладкой последующего при сварке многопроходных швов.

7. Практическое исключение в сварном шве неметаллических включений (т.к. защита только газовая).

1. Необходимость в устройствах, обеспечивающих начальное возбуждение дуги.

2. Высокая скорость охлаждения сварного соединения (охлаждение изделия защитным газом).

3. Дороговизна инертных газов, т.е. высокая стоимость сварки.
4. Низкий ресурс работы неплавящегося электрода без его восстановления (W дорог и дефицитен).
5. Требуется хорошая вентиляция, т.к. Ar тяжелее воздуха и скапливается в помещении.

Область применения.

Практически все отрасли машиностроения; строительство (монтаж); сварка корневых швов трубопроводов малого диаметра. Тип производства – серийное, массовое.