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

Если нарушен режим сварки, в сварных швах и околошовной зоне появляются дефекты: подрезы, непровары, несоответствие раз­ меров шва запроектированным, видимые и невидимые глазом тре­ щины, поры, шлаковые включения. Обнаруженные дефектные мес­ та вырубаются пневматическим зубилом или удаляются кислород­ ной резкэй и завариваются повторно.

Ручная дуговая сварка применяется при производстве деталей из стали толщиной от 2 мм и выше, при сварке алюминия и его сплавов толщиной от 3 мм и выше, при заварке чугунных деталей. Она является чрезвычайно универсальным методом, позволяющим сваривать детали в труднодоступных местах, на монтаже, в поле­ вых условиях, на стапелях и даже под водной. Производительность ручной сварки можно в известных пределах повысить, работая на форсированных режимах (сварка пучком электродов, сварка элек­ тродами больших диаметров, сварка с глубоким проплавлением, сварка трехфазной дугой).

Автоматическая дуговая сварка под флюсом. Механизация и автоматизация дуговой сварки призвана устранить недостатки руч­ ного процесса: большую трудоемкость, малую производительность, неоднородность свойств и размеров сварного шва, необходимость наличия высококвалифицированных кадров и др.

Автоматизации хорошо поддаются все виды дуговой сварки. Если механизированы все движения, сварка называется автомати­ ческой; если механизирована только часть движений, а остальные выполняются вручную, сварка называется полуавтоматической.

Вместо отдельных электродов, применяемых в ручном процес­ се, при автоматической сварке используется электродная проволо­ ка большой длины, намотанная в мотки или бухты и непрерывно подаваемая в дугу по мере плавления. Скорость подачи проволоки примерно равна скорости ее плавления, в результате чего длина дуги в процессе сварки остается практически постоянной. Это до­ стигается или автоматами с регулированием электрических вели­ чии, или автоматами с постоянной скоростью подачи электродной проволоки. При автоматизации процесса решена также важнейшая задача: подвод тока к сварочной проволоке осуществляется непо­ средственно вблизи дуги, что позволяет применять большие плот­ ности тока, не опасаясь перегрева проволоки джоулевым теплом. А это ведет к резкому повышению производительности сварочных работ.

Сварка под слоем флюса. При сварке под слоем флюса сва­ рочная дуга закрыта слоем сыпучего вещества — флюса (рис. 165). Дуга горит в газовом пузыре 2, образованном парами металла и компонентами флюса 6. Газовый пузырь окутан слоем жидкого флюса 5, создающего давление на дугу и обеспечивающего лучшее проплавление основного металла. Благодаря флюсовой защите снижаются потери тепла на излучение и потери металла на угар и разбрызгивание. Это позволяет увеличить силу тока до 3000 а для проволоки 1 диаметром 5 мм. Высокою качество сварного соедине­ ния получается благодаря раскислению и легированию жидкого

278

металла 3 компонентами флюса. Металл шва 4 содержит 80% основного металла, что делает Сварное соединение более одно­

родным.

К подготовке кромок и сборке изделий под автоматическую сварку под слоем флюса предъявляются более жесткие требования, чем при ручной сварке. Возможность протекания жидкого металла через зазоры вынуждает применять ряд технологических приемов (сварка на медной или остающейся стальной подкладке, сварка на флюсовой подушке и др.). Значительная глубина проплавления позволяет в ряде случаев отказаться от разделки кромок. Режим автоматической сварки под флюсом определяется следующими парамет­ рами: силой тока, скоростью сварки, напряжением на дуге, маркой флю­ са. Плотность тока и скорость сварки являются силовыми параметрами, от которых зависит глубина провара.

Напряжение на дуге влияет на гео­ метрические размеры шва.

Флюсы для сварки могут быть плавленые, полученные путем

сплавления составляющих шихты в электрических или пламенных печах с последующим охлаждением в воде и дроблением, и неплав­ леные (керамические), получаемые измельчением составляющих аналогично приготовлению качественных электродных покрытий. Плавленые флюсы включают кремнезем, закись марганца, окись алюминия, фтористый кальций. Керамический флюс марки К-2 со­ держит титанового концентрата 55%, плавикого шпата 10%, поле­ вого шпата 13%, ферромарганца 14%, ферросилиция 8%.

Основное назначение флюса — изолировать сварочную ванну от воздействия атмосферного воздуха и металлургически с ней взаи­ модействовать.

Сварка под флюсом выполняется автоматами и полуавтомата­ ми. Аппараты для автоматической сварки могут выполняться в двух вариантах: 1) автоматическая головка (которая зажигает ду­ гу, поддерживает ее горение и подает электродную проволоку) по­

перемещений, измерительные и регулировочные приборы, флюсо­ вая аппаратура и пр.). Установки для автоматической сварки под слоем флюса могут быть универсальными, предназначенными для выполнения широкого круга сварочных работ, и специализирован­ ными— для сварки однотипных конструкций (установка для свар­

279

ки цилиндрических резервуаров, для сварки двутавровых балок, для сварки прямолинейных швов, рам автомобилей большой гру­ зоподъемности и др.). В качестве источников питания применяются мощные сварочные трансформаторы (ТС-1000), выпрямители и ге­ нераторы постоянного тока.

Полуавтоматическая сварка под слоем флюса может приме­ няться для выполнения стыковых, угловых и нахлесточных соеди­ нений. Ее используют для коротких швов и для швов в труднодо­ ступных местах. Стыковые швы можно выполнять как однопроход­ ной односторонней сваркой, так и двусторонней. Первая применяет-

Рис. 166. Универсальный сварочный трактор:

производится без скоса кромок с обязательным зазором. Угловые швы выполняются за один проход с катетом не более 8 мм.

Повышение производительности шланговой автоматической сварки может быть достигнуто применением нескольких тонких электродных проволок, подаваемых одновременно внутри гибкого шланга.

Установка для полуавтоматической сварки (рис. 167) включает источник питания дуги 1, распределительный шкаф 2 и механизм 3 для подачи проволоки по гибкому шлангу 5. На держателе 4 укреп­ лен флюсовой бункер и кнопка для автоматического зажигания дуги.

Электрошлаковая сварка. В расплавленном электропроводном флюсе (шлаке) за счет пропускания через него тока выделяется тепло (см. рис. 153, а). Шлаковая ванна заключена между свари­

280

ваемыми деталями и устройством для принудительного формиро­ вания шва (кокилем, подкладкой или ползуном). Снцзу ванна огра­ ничена непосредственно сварным швом. Ток к флюсу-шлаку под­ водится через электрод (один или несколько), который является одновременно присадочным металлом. Второй полюс источника пи­ тания подводится непосредственно к изделию. За счет тепла, вы­ деляемого в шлаке, оплавляются кромки свариваемого изделия и электродной проволоки, жидкий металл осаждается, и происходит

Рис. 167, Установка для полуавтоматической шланговой сварки

формирование сварного шва. Формирующее устройство охлаждает свободную поверхность ванны и одновременно удерживает шлак от протекания.

Типы соединений, которые могут быть выполнены электрошла­ ковой сваркой, разнообразны: стыковые (одинаковой толщины, разной толщины, кольцевые стыки), тавровые и угловые. В качест­ ве присадочного материала применяют проволоку. Содержание электродного металла в шве при этом способе сварки составляет около 60%. Кроме проволоки диаметром 2,5—3 мм, применяют пластины толщиной 8—12 мм и шириной 80—150 мм. Для сварки углеродистых и низколегированных сталей рекомендуются флюсы специальных марок.

Технология электрошлаковой сварки заключается в выполне­ нии следующих операций: подготовки к сварке, сборки конструк­ ции, сварки и контроля сварного соединения. Так как сварка про­ изводится без скоса кромок и последние не требуют специальной механической обработки и химической очистки, то подготовитель­ ная операция сводится к приварке начальных и концевых планок.

При сборке необходимо выдерживать надлежащий зазор меж­ ду деталями. Это достигается постановкой специальных скоб или применением других технологических приемов, при этом должны приниматься в расчет деформации, вызываемые неравномерным нагревом. Зазор выбирают в пределах 20—35 мм. С уменьшением зазора возрастает глубина ванны, уменьшается проплавление и возрастает производительность сварки.

281

Установка для электрошлаковой сварки состоит из сварочного аппарата, служащего для подачи электродной проволоки или лен­ ты в сварочную ванну. Аппарат перемещается по рельсамили не­ посредственно по изделию. Иногда он неподвижен, а перемещается (или вращается) изделие. В комплект установки входят также источник питания и вспомогательное оборудование. Институтом электросварки им. Патона разработаны конструкции сварочных аппаратов для удовлетворения разнообразных требований произ­ водства: для сварки прямолинейных швов, для сварки валов гидро­ турбин и др.

Сварка в среде аргона и углекислого газа. Для предохранения наплавленного металла от воздействия кислорода и азота воздуха используют различные газы. Наилучшую защиту создают аргон и гелий. Сварка в аргоне и гелии имеет преимущества перед свар­ кой покрытыми электродами и под флюсом: обеспечивается на­ дежная защита расплавленного металла от кислорода и азота воз­ духа, что обусловливает высокие механические свойства и посто­ янство состава наплавленного металла; обеспечивается высокая производительность и хорошее формирование шва за .счет устой­ чивости процесса и полной его механизации; можно сваривать ме­ таллы разнородные и малой толщины.

Защитный газ может заполнять камеру, где ведут процесс сварки, но чаще всего его подают в дугу через мундштук 1 (рис. 168) в виде потока 2, который окутывает электрод 3, дугу 4 и сварочную ванну 5, защищая их от проникновения кислорода и азота. Сварка в защитных средах может проводиться как плавя­ щимся, так и неплавящимся электродом с применением присадоч­ ного металла 6. В качестве неплавящихся электродов используют вольфрамовые, угольные или графитированные стержни. Расход вольфрамового электрода при токе до 300 а составляет примерно 0,5 г на 1 м шва. В качестве плавящегося электрода используется металлическая проволока того же состава, что и свариваемый ме­ талл. Процесс ведется с помощью полуавтоматических или авто­ матических устройств.

Источниками питания для дуги в защитных средах, служат агрегаты постоянного тока или сварочные выпрямители. Кроме того, в комплект оборудования входит механизм подачи электрод­ ной проволоки, горелка и устройство для обеспечения дуги защит­ ным газом. В полуавтоматах проволока подается по специальным шлангам в горелку. Диаметр проволоки берут в интервале 1,2— 2 мм. Зажигание дуги в аргоне затруднено, потому что атомы ар­ гона не образуют отрицательных ионов, вследствие чего необходи­ ма более высокая степень ионизации нейтральных частиц. Поэтому напряжение холостого хода источника питания повышают до 90—

120в.

Всварочных горелках для аргонно-дуговой сварки одновремен­

но с подачей электродной проволоки в дугу и подводом сварочного тока к электроду осуществляется подача струи аргона.

Сварка в инертной среде используется для нержавеющих, жа­

282