Общие сведения о сварке

 Сварку плавлением в зависимости от различных способов, характера источников нагрева и расплавления свариваемых кромок деталей можно условно разделить на следующие основные виды:

— электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга;

— электрошлаковая сварка, где основным источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток;

— электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление металла производится потоком электронов;

— лазерная, при которой нагрев и расплавление металла происходит сфокусированным мощным лучом микрочастиц — фотонов;

— газовая, при которой нагрев и расплавление металла происходит за счет тепла пламени газовой горелки.

Более подробную классификацию можно провести и по другим характеристикам, выделив сварку плавящимся и неплавящимся электродом, дугой прямого и косвенного действия; открытой дугой, под флюсом, в среде защитного газа, дуговой плазмой.

При ручной сварке указанные операции выполняются рабочим-сварщиком вручную без применения механизмов

При сварке на полуавтомате плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются сварщиком вручную.

При автоматической сварке механизируются операции по возбуждению дуги и перемещению ее по линии наложения шва с одновременным поддержанием определенной длины дуги Автоматическая сварка плавящимся электродом производится, как правило, сварочной проволокой диаметром 1-6 мм; при этом режимы сварки (сварочный ток, напряжение дуги, скорость перемещения дуги и др. ) более стабильны. Этим обеспечивается качество сварного шва по его длине, однако требуется более тщательная подготовка к сборке деталей под сварку.

Сущность основных способов сварки плавлением При электрической дуговой сварке энергия, необходимая для образования и поддержания дуги, поступает от источников питания постоянного или переменного тока. В процессе электрической дуговой сварки основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда (дуги), возникающего между свариваемым металлом и электродом. При сварке плавящимся электродом под воздействием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец (конец) плавящегося электрода расплавляются и образуется сварочная ванна. При затвердевании расплавленного металла образуется сварной шов. В этом случае сварной шов получается за счет основного металла и металла электрода. К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюминиевые; к неплавящимся — угольные, графитовые и вольфрамовые. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка. При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов необходима защита сварочной ванны от воздействия атмосферных газов — кислорода, азота и водорода, так как они могут проникать в жидкий металл и ухудшать качество металла шва. По способу защиты сварочной ванны, самой дуги и конца нагреваемого электрода от воздействия атмосферных газов дуговая сварка разделяется на следующие виды: сварка покрытыми электродами, в защитном газе, под флюсом, самозащитной порошковой проволокой и со смешанной защитой. Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенной на его поверхность обмазкой. Сварка покрытыми электродами улучшает качество металла шва. Защита металла от воздействия атмосферных газов осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия (обмазки). Покрытые электроды применяются для ручной дуговой сварки, в процессе которой необходимо подавать электрод в зону горения дуги по мере его расплавления и одновременно перемещать дугу по изделию с целью формирования шва (рис. 1.1. ). При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновременно подаются в зону горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного металла, электродная проволока и часть флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса. По мере перемещения дуги расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак. Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от воздействия атмосферных газов и значительно улучшает качество металла шва. Сварка под слоем флюса применяется для соединения средних и больших толщин металла на полуавтоматах и автоматах.

CВАРКА В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ

Технологические особенности процесса сварки в углекислом газе обычно выполняют на постоянном токе обратной полярности плавящимся электродом. Основными параметрами режима сварки в С02 и его смесях являются полярность и сила тока, напряжение дуги; диаметр, скорость подачи, вылет и наклон электрода; скорость сварки; расход и состав защитного газа. Сварочный ток и диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и расположения шва в пространстве. Стабильный процесс сварки с хорошими технологическими характеристиками можно получить только в определенном диапазоне силы сварочного тока, который зависит от диаметра и состава электродной проволоки и рода защитного газа. Величина сварочного тока определяет глубину проплавления и производительность процесса сварки. Величину сварочного тока регулируют изменением скорости подачи сварочной проволоки. Одним из важных параметров режима сварки в С02 является напряжение дуги. С повышением напряжения увеличивается ширина шва и улучшается его формирование. Однако увеличивается и угар полезных элементов кремния и марганца, повышается чувствительность дуги к «магнитному дутью», увеличивается разбрызгивание металла сварочной ванны. При пониженном напряжении дуги ухудшается формирование сварочного шва. Оптимальные значения напряжения дуги зависят от величины сварочного тока, диаметра и состава электродной проволоки, а также от рода защитного газа. Другие параметры режима сварки в С02 находятся в сложной зависимости от различных факторов, влияющих на сварочный процесс. Режим сварки в С02 подбирают на основании обобщенных опытных данных. Перед началом сварки необходимо отрегулировать расход газа и выждать 20-30 секунд до полного удаления воздуха из шлангов. Перед зажиганием дуги необходимо следить, чтобы вылет электрода из мундштука не | превышал 20 — 25 мм. Движение горелки должно осуществляться без задержки дуги на сварочной ванне, так как эта задержка вызывает усиленное разбрызгивание металла. Сварка в нижнем положении производится с наклоном горелки под углом 5 — 15° вперед или назад. Предпочтительнее вести сварку углом назад, т. к. при этом обеспечивается более надежная защита сварочной ванны. При механизированной сварке металла малой толщины 1-2 мм поперечных колебательных движений не производят. Сварку ведут на максимальной длине дуги, с максимальной скоростью. При достаточной газовой защите избегают прожогов и обеспечивают нормальное формирование шва. Горелку ведут углом назад, при этом угол наклона составляет 30-45°.

Стыковые соединения при толщине металла 1,5-3 мм сваривают на весу. Более тонкий металл сваривают в вертикальном положении на спуск (сверху вниз), провар достигается за один проход. Сварку соединений внахлестку при толщине металла 0,8-2,0 мм чаще производят на весу и реже — на медной подкладке. При качественной сборке нахлесточных соединений представляется возможным значительно увеличить скорость сварки. Колебательные движения горелкой при сварке больших толщин те же, что и при ручной сварке. При сварке с перекрытием для уменъшения пор применяются продольные колебания горелки вдоль оси шва, что обеспечивает более полное удаление водорода из сварочной ванны. Сварка в среде С02 является высокопроизводительным процессом. В массовом и крупносерийном производстве работают слесари-сборщики, которые освобождают сварщика от сборочных операций. Сварочный пост в этом случае оборудуется кроме сварочной аппаратуры специальными приспособлениями для обеспечения высокой производительности сварочных работ при гарантированном качестве сварных узлов. Требования к качеству сборки и подготовки деталей под сварку в С02 сварочной проволокой (0,8 — 2,5) мм должны соответствовать ГОСТ 14771-76.

ДУГОВАЯ СВАРКА

Технологические особенности сварки в среде защитных газов и их смесях.

Применение дуговой сварки в среде защитных газов благодаря ее технологическим и экономическим преимуществам все больше возрастает. Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки и возможность применения механизированной сварки в различных пространственных положениях. Незначительный объем шлаков позволяет получить высокое качество сварных швов.

Сварка в среде защитных газов применяется как для соединения различных сталей, так и цветных металлов.

Для сварки в защитных газах кроме источника питания дуги требуют ся специальные приборы и оснастка (приспособления). Сварочный пост для сварки в среде защитного газа представлен на рис. 2.85.

Сварка в защитных газах — это общее название разновидностей дуговой сварки, при которых через сопло горелки в зону горения дуги вдувается струя защитного газа. В качестве защитных газов применяют: аргон, гелий (инертные газы); углекислый газ, кислород, азот, водород (активные газы); смеси газов (Аг + С02 + 02; Аг + 02; Аг + С02 и др. ). Смеси защитных газов должны удовлетворять требованиям ТУ 14-1-2079-77.

Аргонокислородную смесь (Аг + l-j-5% 02) применяют при сварке малоуглеродистых и легированных сталей. В процессе сварки капельный перенос металла переходит в струйный, что позволяет увеличить производительность сварки и уменьшить разбрызгивание металла.

Смесь аргона с углекислым газом (Аг + 1 (Н20% С02) также применяют при сварке малоуглеродистых и низколегированных сталей. На практике используются либо баллоны с готовой смесью газов, либо баллоны с каждым газом отдельно. В последнем случае расход каждого газа регулируется отдельным редуктором и измеряется ротаметром типа РС-3.

При сварке в среде защитных газов различают следующие основные способы: сварка постоянной дугой, импульсной дугой; плавящимся электродом и неплавящимся электродом.

Наиболее широко применяется сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродами.

Сварка неплавящимся электродом в защитных газах — это процесс, в котором в качестве источника теплоты применяется дуга, возбуждаемая между вольфрамовым или угольным (графитовым) электродом и изделием.

Сварка постоянным током прямой полярности позволяет получать максимальное проплавление свариваемого металла.

При сварке на постоянном токе применяются источники питания с крутопадающей вольтамперной характеристикой: ВДУ-305; ВДУ-504; ВДУ-505; ВДУ-601; ВСВУ-300.

В комплект сварочной аппаратуры при сварке на постоянном токе входят сварочные горелки, устройства для первоначального возбуждения сварочной дуги, аппаратура управления сварочным циклом и газовой защиты. Для того, чтобы улучшить процесс зажигания дуги в среде защитных газов используют специальные устройства первоначального возбуждения дуги. Это связано с тем, что защитные газы, попадая в зону горения дуги, охлаждают дуговой промежуток и дуга плохо возбуждается. Наиболее широко применяются устройства следующих марок: ОСППЗ-ЗООМ; УПД-1; ВИР-101; ОСПЗ-2М.

При сварке в среде защитных газов на переменном токе применяют устройство для стабилизации горения дуги, например, стабилизатор-возбудитель дуги ВСД-01. Сварку можно выполнять как с присадочной проволокой, так и без присадки.

При сварке плавящимся электродом в защитных газах дуга образуется между концом непрерывно расплавляемой проволоки и изделием. Сварочная проволока подается в зону горения дуги подающим механизмом со скоростью, равной средней скорости ее плавления. Расплавленный металл электродной проволоки переходит в сварочную ванну и таким образом формируется сварной шов.

При этом способе сварки имеются некоторые преимущества:

— обеспечивается высокая производительность сварки;

— представляется возможность производить сварку при повышенной плотности мощности, при этом обеспечивается более узкая зона термического влияния;

— представляется возможность механизировать процесс сварки.

При сварке плавящимся электродом в среде защитных газов различают следующие две основные разновидности процесса: сварка короткой дугой и сварка длинной дугой.

Сварка короткой дугой является естественным импульсным процессом и осуществляется с постоянной скоростью подачи сварочной проволоки. Особенностью этого процесса являются возникающие замыкания дугового промежутка с частотой 150 — 300 зам/с.

При сварке короткой дугой наблюдается мелкокапельный перенос электродного металла с частотой, равной частоте коротких замыканий. Это дает возможность производить сварку при меньших значениях сварочного тока, повысить стабилизацию процесса сварки и снизить потери металла на разбрызгивание.

Сварка длинной дугой — это процесс с редкими замыканиями дугового промежутка (3 — 10 зам/с). В зависимости от режима сварки, защитного газа и применяемых сварочных материалов наблюдаются различные способы переноса электродного металла в сварочную ванну: крупнокапельный, мелкокапельный, струйный и др.

Определенным недостатком сварки плавящимся электродом в аргоне и смеси аргона с гелием является сложность поддержания струйного процесса переноса электродного металла.

Для повышения стабильности сварки и улучшения формирования сварного шва к аргону добавляют до 5% О2 или до 20% С02.

ШВЫ

Основные типы сварных соединений

Сварным соединением называется неразъемное соединение деталей, выполненное сваркой. В металлических конструкциях встречаются следующие основные типы сварных соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые, угловые и торцовые

Стыковое соединение — это сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями. Нахлесточное — сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.

Тавровое — сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента. Угловое — сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев. Торцовое — сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу. 2. Классификация и обозначение сварных швов

Сварной шов — это участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации. Сварные швы могут быть стыковыми и угловыми. Стыковой — это сварной шов стыкового соединения. Угловой — это сварной шов углового, нахлесточного или таврового соединений (ГОСТ 2601-84). Сварные швы подразделяются также по положению в пространстве (ГОСТ 11969-79): нижнее — Нив лодочку — Л; полугоризонтальные — Пг, горизонтальные — Г, полувертикальные — Пв, вертикальные — В, полупотолочные — Пп, потолочные — П

По протяженности швы различают сплошные и прерывистые. Прерывистые швы могут быть цепными или шахматными. По отношению к направлению действующих усилий швы подразделяются на: продольные, по-перечные, комбинированные и косые. По форме наружной поверхности стыковые швы могут быть выполнены нормальными (плоскими), выпуклыми или вогнутыми. Соединения, образованные выпуклыми швами лучше работают при статических нагрузках. Однако чрезмерный наплыв приводит к лишнему расходу электродного металла и поэтому выпуклые швы неэкономичны. Плоские и вогнутые швы лучше работают при динамических и знакопеременных нагрузках, так как нет резкого перехода от основного металла к сварному шву. В против-

ном случае создается концентрация напряжений, от которых может начаться разрушение сварного соединения.

По условиям работы сварного узла в процессе эксплуатации изделия сварные швы подразделяются на рабочие, которые непосредственно воспринимают нагрузки, и соединительные (связующие), предназначенные только для скрепления частей или деталей изделия. Связующие швы чаще называют нерабочими швами. При изготовлении ответственных изделий выпуклость на рабочих швах снимают пневматическими бор-машинками, специальными фрезами или пламенем аргонодуговой горелки (вы-глаживание).

Основные типы, конструктивные элементы, размеры и условия обозначения швов сварных соединений, выполненных наиболее распространенными способами сварки, регламентированы следующими стандартами: для дуговой сварки в защитном газе ГОСТ 14771-76; для дуговой сварки алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах ГОСТ 14806-80; для соединений сварных стальных трубопроводов ГОСТ 16037-80, для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей ГОСТ 5264-80; для механизированной и автоматической под флюсом — ГОСТ 8713-70 и др.

Конструктивные элементы сварных соединений

Форму разделки кромок и их сборку под сварку характеризуют три основные конструктивные элемента: зазор — в, притупление кромок — с, и угол скоса кромки — р.

Формы разделки кромок и их конструктивные элементы приведены на.

Тип и угол разделки кромок определяют количество необходимого электродного металла для заполнения разделки, а значит, и производительность сварки. X— образная разделка кромок, по сравнению с V— образной, позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6 — 1,7

раза. Кроме того, такая разделка обеспечивает меньшую величину деформаций после сварки. При X— образной и V — образной разделке кромки притупляют для правильного формирования шва и предотвращения образования прожогов. Зазор при сборке под сварку определяется толщиной свариваемых металлов, маркой материала, способом сварки, формой подготовки кромок и др. Например, минимальную величину зазора назначают при сварке без присадочного металла небольших толщин (до 2 мм) или при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов. При сварке плавящимся электродом зазор обычно составляет О — 5 мм, увеличение зазора способствует более глубокому проплавлению металла.

Шов сварного соединения характеризуется основными конструктивными элементами в соответствии с ГОСТ 2601-84:

ширина — е, выпуклость — q, h — глубина проплавления (для стыкового шва) и к— катет для углового шва; s — толщина детали.

CВАРКА ПЛАВЛЕНИЕМ

Сущность основных способов сварки плавлением

При электрической дуговой сварке энергия, необходимая для образования и поддержания дуги, поступает от источников питания постоянного или переменного тока.

В процессе электрической дуговой сварки основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда (дуги), возникающего между свариваемым металлом и электродом. При сварке плавящимся электродом под воздействием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец (конец) плавящегося электрода расплавляются и образуется сварочная ванна. При затвердевании расплавленного металла образуется сварной шов. В этом случае сварной шов получается за счет основного металла и металла электрода.

К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюминиевые; к неплавящимся — угольные, графитовые и вольфрамовые. 

При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка.

При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов необходима защита сварочной ванны от воздействия атмосферных газов — кислорода, азота и водорода, так как они могут проникать в жидкий металл и ухудшать качество металла шва. По способу защиты сварочной ванны, самой дуги и конца нагреваемого электрода от воздействия атмосферных газов дуговая сварка разделяется на следующие виды: сварка покрытыми электродами, в защитном газе, под флюсом, самозащитной порошковой проволокой и со смешанной защитой.

Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенной на его поверхность обмазкой. Сварка покрытыми электродами улучшает качество металла шва. Защита металла от воздействия атмосферных газов осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия (обмазки). Покрытые электроды применяются для ручной дуговой сварки, в процессе которой необходимо подавать электрод в зону горения дуги по мере его расплавления и одновременно перемещать дугу по изделию с целью формирования шва (рис. 1.1. ).

При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновременно подаются в зону горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного метаяла, электродная проволока и часть флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса. По мере перемещения дуги расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак. Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от воздействия атмосферных газов и значительно улучшает качество металла шва. Сварку в среде защитных газов выполняют как плавящимся электродом, так и неплавящимся с подачей в зону горения дуги присадочного металла для формирования сварного шва. Сварка может быть ручной, механизированной (полуавтоматом) и автоматической. В качестве защитных газов применяют углекислый газ, аргон, гелий, иногда азот для сварки меди. Чаще применяются смеси.

Источник: Магазин «Сварщик» ©