Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

тания должна соответствовать статической характеристике дуги. Для II участка статической характеристики (рис. 157) необходим источник питания с падающей характеристикой, для III участка целесообразно использовать источник питания с жесткой или поло­ говозрастающей характеристикой. Аппаратура длясварки имеет следующие основные показатели: напряжение холостого хода, но­ минальную силу сварочного тока, пределы регулирования силы тока.

При сварке переменным током применяются трансформаторы, ко­ торые снижают силовое напряжение до уровня, предусмотренного усло­ виями безопасной работы. Кроме то­ го, в сварочную цепь вводится со­ противление, которое дает падаю­ щую вольт-амперную характеристи­ ку. Трансформатор и индуктивное сопротивление составляют систему, которая конструктивно может иметь следующие варианты: трансформа­

тор с отдельной реактивной катушкой, трансформатор, объединен­ ный с реактивной катушкой; трансформатор с увеличенной индуктив­ ностью; трансформатор с подвижной обмоткой. Первые два конст­ руктивных варианта сейчас не выпускаются, хотя до недавнего вре­ мени они являлись основным источником питания сварочной дуги.

В настоящее время широко используется трансформатор типа ТС и ТСК (рис. 159, а, б). При работе трансформатора, когда по сварочной цепи проходит ток, не все магнитные силовые линии про­ ходят через сердечник, часть их замыкается через воздушный зазор, образуя поток рассеивания. Потоки рассеивания индуктируют в об­ мотках э.д.с. самоиндукции, которая определяет индуктивное сопро­ тивление обмоток. С увеличением сварочного тока увеличиваются потоки рассеивания и индуктивное сопротивление обмоток. При ко­ ротком замыкании ток, проходящий по цепи, будет наибольшим, наибольшими будут потоки рассеивания и индуктивное сопротив­ ление катушек.

Для регулировки сварочного тока подвижная катушка пере­ мещается вверх или вниз с помощью рукоятки регулятора. Чем дальше обмотки отстоят друг от друга, тем больше поток рассеива­ ния и тем круче будет внешняя характеристика трансформатора (рис. 159, в). Кроме описанной системы, нашей промышленностью выпускаются также трансформаторы типа СТШ, у которых плав­ ное регулирование сварочного тока осуществляется посредством двух подвижных магнитных шунтов.

Как правило, сварочная аппаратура для ручной дуговой свар­ ки на переменном токе выпускается на номинальные токи 3Ü0 и

271

500 а. Для автоматической сварки под флюсом применяются транс­ форматоры типа ТСД с дистанционным управлением на 500, 1000 и 2000 а.

. При сварке постоянным током применяются однопостовые сва­ рочные преобразователи. В комплект преобразователя входят: сва­ рочный генератор, предназначенный для выработки постоянного тока и имеющий падающую вольт-амперную характеристику; электродвигатель достаточной мощности для привода сварочного генератора; вспомогательная аппаратура.

Рис. 159. Сварочный трансформатор ТСК:

и два южных. Направление магнитных потоков показано штрихо­ вой линией. Это позволяет рассматривать четыре полюса как два —• северный и южный, но расщепленные для удовлетворения специфи­ ческих требований, предъявляемых к источникам питания сварочной дуги. Генератор имеет круто падающую внешнюю харак­ теристику. Напряжение снимается щетками с якоря 4 (где оно индук­ тируется под действием обмоток возбуждения 1 и 3) и подается к месту сварки 5. Сила сварочного тока регулируется двумя путями сдвигом щеток и реостатом тока 2 в цепи обмотки возбужде­ ния поперечных полюсов. Генератор описанной системы имеет сле­

272

дующие характеристики: напряжение холостого хода 40 в, преде­ лы регулировки силы сварочного тока 45—320 а, мощность 7,5 кет.

Марка генератора СМГ.

Генератор постоянного тока ГСО с независимым возбужде­ нием (или с самовозбуждением) имеет размагничивающую после-^ довательную обмотку, обеспечивающую падающую внешнюю ха-’ рактеристику (рис. 161). Обмотка имеет промежуточный вывод, который позволяет генератору работать в режиме номинального тока 300 и 500 а.

5

Рис. 160. Электрическая схема (а) и поперечный разрез (б) сварочного генератора

Сварочный генератор типа ГСГ имеет независимое возбужде­ ние и жесткую внешнюю характеристику, которая получается в ре­ зультате подмагничивающего действия последовательной обмотки возбуждения. В преобразователе ПД-302 установлен сварочный ге­ нератор вентильного типа с бесколлекторной конструкцией (отсут­ ствуют коллектор и силовые щетки).

Кроме однопостовых генера­ торов, при выполнении сварочных работ используются многопосто­ вые Сварочные преобразователи

для питания нескольких свароч­ ных постов одновременно.

В сварочной технике в послед­ ние годы начали применять в качестве ‘источников постоянного тока сварочные выпрямители на полупроводниковых вентилях. По­ следние, как известно, обладают свойством проводить ток только в одном направлении. Сварочные выпрямители применяются с па­ дающей или жесткой внешней ха­ рактеристикой (серия ВСС или ИПП).

Электроды для дуговой сварки. При сварке металлической ду­ гой стержень выполняет функции электрода и присадочного метал­ ла. Так как сварной шов представляет собой сплав электродного

273

и основного металла и его механические свойства всецело опреде­ ляются ими, электродные стержни должны изготавливаться из про­ волоки, в которой строго выдержан химический состав. Стальную сварочную проволоку изготавливают по ГОСТ 2246—70 и специаль­ ным техническим условиям. ГОСТ включает 77 марок сварочной проволоки. Самой распространенной маркой углеродистой прово­ локи является Св-08. Ее изготавливают холоднотянутой. Особое внимание выбору проволоки следует уделять при сварке специаль­ ных сталей. Для ручной дуговой сварки проволока перерабатывает­

ся на электроды. Длина электрода колеблется от 250 до 450 мм, а диаметр — от 1 до 12 мм.

Сварка «голыми» электродами не дает удовлетворительных результатов вследствие малой устойчивости горения дуги и плохого

качества шва. Поэтому металлический стержень обмазывают по­ крытиями.

Виды покрытий электродов и типы электродов. Электродные покрытия делятся на две группы: стабилизирующие, или ионизиру­ ющие, и качественном. К первой группе относят тонкие покрытия, составляющие 1—5% веса электродного стержня. Основное назна­ чение этих покрытий — сделать более устойчивым горение дуги.

Распространение получило меловое покрытие, состоящее из тонкого порошка мела, скрепленного в прочный слой жидким стек­ лом. Известно, что кальций и его соединения имеют низкий потен­ циал ионизации, легко ионизируются в газовом промежутке дуги и дают высокую степень ионизации при низких температурах.

Качественные покрытия наносятся на стержень слоем толщи­ ной 1—3 мм и предназначены для получения сварных швов с вы­ сокими механическими свойствами. Вместе с этим они должны обеспечивать и достаточно устойчивое горение дуги. В состав по­ крытий входят компоненты, которые можно разбить на следующие группы: шлакообразующие, легирующие, раскисляющие, формую­ щие, газообразующие, ионизирующие и связующие.

Улучшение свойств шва идет следующими путями: 1) за счет окутывания переносимых капель жидким слоем расплавленного шлака и физической изоляции жидкого металла от воздействия кислорода и азота воздуха; 2) за счет взаимодействия шлака и ме­ талла при высоких температурах; 3) за счет оттеснения атмосфер­ ного воздуха газами, не взаимодействующими с металлом, кото­

рые получаются при сгорании органических веществ, вводимых в

покрытия.

Защитные и легирующие покрытия по составу основных ве­ ществ, входящих в них, делятся на четыре группы: а) руднокислые,

б) фтористокальциевые, в) рутиловые, г) органические, или газо­ защитные.

Покрытия первой группы имеют ряд недостатков, связанных, с одной стороны, с их токсичностью и с другой — с малой пластич­ ностью направленного металла.

Пбдавляющее количество электродов для сварки легирован­ ных сталей и специальных сплавов имеют покрытия второй группы.

274

Электроды с рутиловым покрытием являются универсальными и широко применяются для сварки ответственных изделий; при­ мерно 80% электродов изготавливаются с рутиловым покрытием.

Четвертая группа покрытий предназначена для сварки верти­ кальных, потолочных и труднодоступных швов, а также для свар­ ки изделий малых толщин.

Из-за большого количества применяемых покрытий качествен­ ные электроды группируют по типам. Каждый тип обеспечивает необходимые механические свойства сварного соединения вне за­ висимости от марки покрытия.

Особенности покрытия находят отражение в технологических свойствах электродов (род применяемого тока и полярность, глу­ бина проплавления, положение сварки в пространстве и др.).

Ручная дуговая сварка. После зажигания и начала устойчийого горения дуги, как уже отмечалось ранее, па изделии образуется сварочная ванна, конец электрода начинает оплавляться, силы по­ верхностного натяжения приводят к образованию капли жидкого металла. Под действием силы тяжести и дутья дуги капля стремится к сварочной ванне. На электроде образуется шейка. Концентрация токовых линий в ней влечет за собой обильное тепловыделение. Кап­ ля опускается в сварочную ванну, происходит короткое замыкание и в месте шейки — электрический взрыв. Дуга зажигается заново. Число капель и коротких замыканий бывает от 5 до 40 в секунду и зависит от рода тока.лолярности и силы тока, состава электрода, содержания углерода в металле, состава покрытия.

При сварке электродами с качественным покрытием размер капель резко уменьшается, их число увеличивается и практически сварка идет без коротких замыканий. Дуга должна выдерживаться возможно короче. Это уменьшает разбрызгивание металла, элек­ трод плавится спокойно, глубина проплавления получается доста­ точной для качественного соединения металлов. Глубина расплавле­ ния металла называется глубиной провара или просто проваром.

В общем итоге на перенос металла в дуге оказывают влияние следующие факторы: сила тяжести, сила газового дутья и сила по­ верхностного натяжения. Наиболее благоприятное положение для сварки — нижнее (рис. 162, а), наиболее неблагоприятное — пото­ лочное (рис. 162, в). В последнем случае сила тяжести действует в сторону, противоположную переносу металла в сварочную ванну. Промежуточным положением является вертикальное (рис. 162, б ).

Под производительностью расплавления электрода А пони­ мают весовое количество металла электрода Q, расплавленного в дуге за единицу времени: A — Qjt г/ч.

Наибольшее влияние на производительность оказывает сила тока /:

А = сіаІ , где ссп — коэффициент пропорциональности, г/а • ч.

Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом расплавления, если в нем не учтены потери. Однако не весь металл принимает участие в формировании шва. Разрыв переходных мос­

275

тиков при переносе капли приводит к разбрызгиванию 'металла. Имеются также потери на угар и испарение. Эти потери учитывают­ ся коэффициентом наплавки (количество металла, которое наплав­ ляется в течение 1 часа горения дуги, отнесенное к единице силы тока). Каждая марка электрода имеет свой коэффициент наплав­ ки; его значения находятся в пределах 7,4—12 г/а • ч.

Для повышения производительности сварки возможны два пути: 1) увеличение силы сварочного тока; 2) повышение коэффи­ циента наплавки.

В

Рис. 162. Пространственное швов

Применение большой силы тока наталкивается на ряд препят­ ствий. С увеличением силы тока растет механическое давление стол­ ба дуги на поверхность жидкой ванны. Это ведет к выдуванию жидкого металла на края ванны и интенсивному разбрызгиванию. Потери на угар и разбрызгивание достигают 40% веса всего наплав­ ленного металла. Большая плотность тока приводит также к пере­ греву стержня электрода до температуры 600°, что влечет за собой неспокойное плавление электрода, местное выкрашивание обмазки и частый обрыв дуги. Все это ограничивает силу сварочного тока в рамках 200—300 а для электродов диаметром 5 мм.

Повышение коэффициента наплавки может быть достигнуто Подбором компонентов электродных покрытий и введением в них железного порошка.

Техника наложения швов. При перемещении электрода прямо­ линейно вдоль шва наплавляется узкий валик. Как правило, для получения нужных геометрических размеров шва и для хорошего провара концу электрода сообщают колебательное движение попе­ рек шва (рис. 163). В общем случае конец электрода совершает три движения: а) поступательное вдоль оси электрода для поддер­ жания короткой дуги по мере сплавления конца электрода; б) по­ ступательное вдоль линии шва; в) колебательное.

Напрабление

соарки

Ш Ш Ш І

Рис. 163. Различные способы колебательного перемещения электрода при сварке

276

Дуговая сварка стыковых швов не встречает затруднений при толщине металла 3—5 мм. Необходимо только следить за обеспе­ чением) достаточного провара по всему сечению шва. Непровар мо­ жет быть устранен подваркой обратной стороны шва. Сварка сты­ ковых швов более 5 мм требует разделки кромок. Сварка малых толщин затруднена тем, что чрезмерный подвод тепла вызывает сквозное проплавление металла. Угловые швы лучше всего варить «в лодочку», так, чтобы средняя линия шва заняла вертикальное

разделка кромок такая же, как и при сварке металлической дугой.

Угольной дугой сваривают стальные детали толщиной до 4 мм, алюминий и его сплавы и медь толщиной свыше 1 мм. Процесс так­ же используют при наплавке твердых сплавов, ремонтно-восстано­ вительных работах, заварке трещин в отливках и поковках.

Понятие о режиме сварки. Режим сварки, т. е. технологические параметры, необходимые для выполнения сварных швов, зависит от многих факторов: толщины свариваемого металла, размеров изделия, формы сварных швов, требований к качеству и внешнему виду сварных соединений, пространственного положения.

При ручной дуговой сварке режим определяется главным об­ разом диаметром, типом электрода и его основными характеристи­ ками, а также силой сварочного тока. Диаметр электрода подбира­ ется по преобладающей толщине в сварной конструкции, геомет­ рии сварного соединения и условиям отвода теплоты от шва. Тип электрода выбирается в зависимости от технических условий и тре­ бований к сварной конструкции.

Сила сварочного тока может быть выбрана по формуле / = kd, а,

где d — диаметр электрода, мм;

k — коэффициент, учитывающий покрытие электродов и свойст­ ва свариваемого металла {к — 40 — 60; для малоуглероди­ стой стали k — 50).

277