Файл: Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства.pdf

ВИБРОДУГОВАЯ СВАРКА И НАПЛАВКА

Разновидностью стационарного дугового процесса является пре­ рывистый дуговой процесс, получивший название вибродугового (рис. 10). При помощи электромагнитного или другого механизма электродная проволока диаметром 1,5—2 мм периодически подает­ ся к изделию и отводится от него, совершая осевые колебательные движения (вибрацию) с амплитудой 1,2—2,5 мм. К электроду и изделию подводится напряжение от источника постоянного или пере­ менного тока. В конечный момент подачи электрода к изделию про-

Рис. 10. Схема вибродуговой наплавки:

а — схема процесса (/ — наплавляемая деталь; 2 — сопло для подачи охлаж­ дающей жидкости на деталь; 3 — сопло для подачи охлаждающей жидкости в

зону дуги; 4 — электродная проволока; 5 — механизм подачи электродной про­ волоки; 6 — электромагнит, осуществляющий вибрацию электрода); б — осцнло-

грамма процесса (/ — кривая напряжения; 2 — кривая тока).

исходит короткое замыкание сварочной цепи. В этот период за счет теплоты Джоуля — Ленца, выделяемой в месте контакта электро­ да с изделием, образуется перемычка из жидкого металла. В следую­ щий момент при принудительном отходе электрода от изделия пере­ мычка разрывается и возникает дуговой разряд. В период дугового разряда происходит плавление основного и электродного металлов и перенос электродного металла на изделие. По мере отхода конца электрода от изделия дуга растягивается и обрывается. Продолжи­ тельность горения дуги может изменяться в зависимости от харак­ теристики источника питания. Дойдя до крайнего положения, элект­ род начинает снова приближаться к изделию, пока не наступит вновь короткое замыкание. Далее процесс повторяется в той же последовательности.

Основное количество теплоты, идущей на плавление металла, выделяется в период дугового разряда. По сути рассматриваемый процесс является искусственно растянутым во времени начальным периодом образования дугового разряда.

Процесс ведется при напряжении 12—25 в и токе 100—250 а. Для охлаждения детали и защиты сварочной ванны от окружающе­ го воздуха на деталь и к месту сварки (наплавки) через специальные

69

сопла подается струя жидкости (4%-ный раствор кальцинированной соды или 25%-ный раствор глицерина в воде). Возможна сварка с флюсовой защитой, а также в среде углекислого газа, аргона, азота.

Так как длительность существования дугового разряда состав­ ляет всего 20% от времени общего цикла и чередуется с периодами полного отсутствия выделения теплоты (период холостого хода) и периодом незначительного его выделения (период короткого замыка­ ния), то при вибродуговом процессе обеспечивается возможность весьма неглубокого провара основного металла, больших скоростей остывания металла сварочной ванны и создание наплавленного слоя очень малой толщины (0,5—3,0 мм).

Эти особенности вибродугового процесса дают возможность при­ менять его при наплавке деталей небольшого размера с малой тол­ щиной стенок, где для восстановления рабочих размеров требуется нанесение тонкого слоя металла на износившуюся поверхность де­ тали, например, при восстановлении термически обработанных де­ талей машин (оси, шейки валов малого диаметра, шпиндели токар­ ных станков, автотракторные детали и проч.). Производительность процесса весьма невелика и составляет 1—2 кг наплавленного ме­ талла в 1 ч.

Принципы механизации и автоматизации вибродуговой сварки такие же, как и других видов автоматической электродуговой свар­ ки, за исключением механизма подачи проволоки, снабженного виб­ ратором.

Преимущества вибродуговой сварки:

1) незначительная глубина проплавления и слабое термическое воздействие на основной металл;

2) возможность сварки и наплавки в любом пространственном положении;

3) малая толщина (0,5— 3 мм) наплавленного слоя; 4) весьма малые сварочные деформации. Недостатки:

1) невысокая производительность процесса сварки или наплав­ ки (1—2 кгіч при силе тока 100—250 а);

2)неоднородность структуры и свойств наплавленного металла;

3)усложненная конструкция сварочной головки вследствие на­ личия вибратора и устройства для подачи охлаждающей жидкости.

Область рационального применения:

Наплавка тонкого слоя металла на детали небольшого размера, где недопустимы деформации и.не предъявляются высокие требова­ ния к качеству наплавки, например, при восстановлении размеров термически обработанных деталей (оси, шейки валов, автотрактор­ ные детали и т. д.). Однако под флюсовой защитой Могут наплав^ ляться и ответственные детали с высоким качеством наплавки.

70

ЭЛЕКТРОШ ЛАКОВАЯ СВАРКА

Электрошлаковая сварка является разновидностью механизи­ рованной сварки плавлением, принципиально отличающейся от ду­ говой сварки тем, что источником нагрева является не электрическая дуга, а джоулево тепло, выделяющееся в жидкой шлаковой ванне при прохождении через нее сварочного тока. Схема электрошлакового процесса приведена на рис. 11. В пространстве, образованном кромками свариваемых деталей 3 и шлакоудерживающими приспо­ соблениями (медными пластинами или ползунами) 12 или 8, созда-

Рис. 11. Схема электрошлаковой сварки:

а — проволочными электродами; 6 — пластинчатыми электродами.

ется ванна жидкого шлака (расплавленного флюса) 6, в которую погружается металлический стержень — электрод 5 (один или не­ сколько ■— в зависимости от толщины свариваемых деталей). Сва­ рочный ток, проходя между электродом и основным металлом через шлаковую ванну 6, нагревает ее и поддерживает в ней высокую тем­ пературу и электропроводность. Следует отметить, что шлак в хо­ лодном, твердом состоянии ■— не электропроводен.

При электрошлаковой сварке температура шлаковой ванны выше температуры плавления металла и поэтому шлак оплавляет кромки соединяемого металла и расплавляет погруженный в нее электродный стержень (проволоку, пластину и др.), непрерывно подаваемый сварочной головкой 2 в шлаковую ванну по мере его расплавления.

Расплавленный основной металл вместе с электродным сте­ кает на дно шлаковой ванны и образует под ней металлическую

71

ванну 7, которая затем затвердевает и превращается в шов 9, прочно соединяющий свариваемые детали.

Основное назначение флюсов (шлаков) для электрошлаковой свар­ ки — преобразование электрической энергии в тепловую. В отличие от дуговой сварки под флюсом при электрошлаковой сварке почти вся электрическая мощность передается шлаковой ванне, а от нее — электроду и основному металлу. Поэтому условием стабильности бездугового электрошлакового процесса является постоянство тем­ пературы шлаковой ванны, что достигается соответствующим под­ бором глубины и емкости шлаковой ванны, а также скорости пода­ чи электродного металла (проволоки, пластины и проч.).

Второе, не менее важное, назначение шлаковой ванны заключа­ ется в защите жидкого металла шва от вредного действия окружаю­ щего воздуха.

Перед началом процесса сварки шлаковая ванна образуется (на­ водится) путем расплавления порошкообразного флюса, заполняю­ щего пространство между кромками подлежащих сварке деталей и медными подкладками или ползунами, плотно прижатыми к поверх­ ности свариваемых деталей. Таким образом, образуется «колодец» для шлаковой, а в будущем и для металлической ванны, причем две

са для образования первичной шлаковой ванны производится дугой, возникающей в начальный период сварки между основным метал­ лом и электродом. После расплавления определенного количества флюса дуга «заливается» шлаком и гаснет, после чего начинается нормальный электрошлаковый процесс. I

При электрошлаковой сварке, в противоположность дуговой сварке под флюсом, свариваемый шов, как правило, располагается вертикально. Поэтому и сварочное движение (наращивание шва) в этом случае происходит по вертикали, а не по горизонтали. По мере заполнения металлом зазора между свариваемыми кромками элект­ род (или группа электродов) вместе с ползунами перемещается вверх вдоль свариваемого шва с заданной скоростью сварки, что осуществляется с помощью специального сварочного аппарата 1. Шлаковая ванна, наведенная в начале сварки данного шва, по мере его формирования и затвердевания перемещается от начала детали к ее концу со скоростью сварки. Для восполнения расхода шлака, затрачиваемого на образование шлаковой корочки на поверхности шва и потерь на испарение, в шлаковую ванну по мере надобности небольшими порциями добавляется флюс.

Длина зеркала шлаковой ванны (в плане) практически равна тол­ щине свариваемого металла, а ширина определяется зазором между

72

свариваемыми кромками, который в зависимости от толщины назна­ чается в пределах 20—40 мм. Глубина шлаковой ванны выбирается в зависимости от технологических условий (состава основного ме­ талла, режима сварки, типа и размеров электрода) и колеблется в пределах 25—70 мм. Ток подводится к шлаковой ванне от источни­ ка переменного или постоянного тока через основной металл — снизу и через непрерывно подаваемый электрод, погруженный в шла­ ковую ванну,— сверху. К электроду ток подводится с помощью спе­ циального криволинейного мундштука 4. При этом электрод распо­ лагается посредине шлаковой ванны, либо перемещается в зазоре возвратно-поступательным пилообразным движением (от ползуна к ползуну) для более равномерного прогрева ванны и проплавления кромок по всей толщине свариваемых деталей.

В зависимости от степени автоматизации рабочих операций, электрошлаковая сварка, как и электродуговая, может быть авто­ матической и полуавтоматической. Различие между ними состоит в том, что при автоматической электрошлаковой сварке автоматизи­ рованы с помощью специальных электроприводов все основные ра­ бочие движения и операции: подача электродного металла в шлако­ вую ванну по мере его плавления; вертикальное рабочее движение по шву с заданной скоростью сварки; горизонтальные возвратно­ поступательные перемещения электрода вдоль шлаковой ванны и др. При полуавтоматической электрошлаковой сварке некоторые из рабочих движений осуществляются вручную, в частности, вер­ тикальное рабочее движение аппарата по шву производится с по­ мощью ручного привода типа «трещетки» или другого. Такой при­ вод периодически приводится в движение сварщиком по мере нара­ щивания шва. Примером такого сварочного аппарата может служить безрельсовый полуавтомат А-671Р или рельсовый сварочный по­ луавтомат А-681. Благодаря простоте и портативности такие по­ луавтоматы используются для сварки в монтажных условиях, где применение тяжелых автоматов невозможно или нецелесообразно.

Автоматическая электрошлаковая сварка кольцевых швов круп­ ного калибра, например цилиндрических сосудов с толщиной стенки до 350 мм, осуществляется при комбинированном сварочном дви­ жении: в начале сварки и на большей части кругового шва — вра­ щением свариваемого изделия относительно неподвижно установлен­ ной на «экваторе» сварочной головки на угол около 315°, а затем, в конце шва — перемещением сварочной головки относительно не­ подвижного изделия вверх, вдоль кругового шва, до угла прибли­ зительно 45°, когда происходит замыкание шва.

Методы электрошлаковой сварки различаются в зависимости от типа электрода. По этому признаку различают: сварку электрод­ ной проволокой 5 диаметром 2,5—3 мм (одной или несколькими

73

(рис. 11, а)); сварку электродной пластиной 10 большого сечения (одной или несколькими (рис. 11, б))\ сварку плавящимся мундшту­ ком, который представляет собой комбинацию электродной пластины и электродных проволок. В этом случае пластина, длина которой практически равна длине свариваемого шва, укрепляется неподвиж­ но в зазоре между свариваемыми кромками и по мере сварки шва расплавляется. Эта пластина (плавящийся мундштук) снабжена трубчатыми каналами, по которым в шлаковую ванну непрерывно подаются электродные проволоки.

Преимущества электрошлаковой сварки:

1)возможность сваривать за один проход толстостенные изделия практически неограниченной толщины — до 3000 мм и более;

2)высокая производительность сварки металла большой толщи­ ны (от 60 мм и более), превышающая производительность много­

слойной сварки под флюсом в 5—6 раз и ручной — в 20—25 раз; 3) высокий коэффициент плавления электрода, достигающий 20—

4)расход флюса в 15—20 раз меньше, чем при автоматической сварке под флюсом;

5)вследствие высокого коэффициента наплавки электрода и ма­ лого расхода энергии на расплавление флюса, энергоемкость про­ цесса значительно меньше, чем сварки под флюсом (в 1,5—2 раза);

6)стоимость сварного соединения, выполненного электрошлако­ вой сваркой (особенно при толщинах свыше 60 мм) значительно ни­ же стоимости соединения, выполненного многослойной сваркой под флюсом, вследствие малого расхода флюса; малого удельного расхо­ да электроэнергии; уменьшения количества наплавленного металла на 1 пог. м шва; упрощения и удешевления подготовки кромок, по­ скольку отпадает необходимость в фасонной разделке кромок (У- образной, Х-образной, U-образной) и в их механической обра­ ботке на металлорежущих станках;

7)повышенное качество сварных соединений: стойкость против

образования пор и кристаллизационных (горячих) трещин в метал­ ле шва; стойкость металла околошовной зоны против закалочных трещин вследствие благоприятного термического цикла сварки, что определяет возможность сварки углеродистых и закаливающихся сталей без предварительного подогрева; отсутствие шлаковых вклю­ чений, что особенно характерно для многослойной сварки;

8) возможность изготовления сложных, уникальных по своим габаритам и весу машинных деталей путем электрошлаковой сварки нескольких отливок или поковок нормального размера и веса (сварно-литые станины тяжелых прессов и прокатных станов, тол­ стостенные сварно-кованые цилиндры и т. д.).

74