Техника дуговой сварки

Техника дуговой сварки

Сварочные работы предполагают определенную подготовку деталей, которая включает в себя несколько операций:

– правку, которую осуществляют на станках или вручную. Например для правки листового и полосового металла применяют различные листоправильные вальцы (материал может быть в холодном состоянии или в горячем, если он сильно деформирован), а ручную правку проводят на чугунных или стальных правильных плитах, на которые помещают изделие и правят ударами кувалды или с помощью пресса;

– разметку, при которой с чертежа на металл переносят размеры деталей, т. е. таким образом намечают контуры будущего изделия. При этом основными являются измерительные инструменты и шаблоны. Размечая деталь, необходимо принимать во внимание, что при сварке происходит укорачивание деталей. Поэтому следует предусмотреть припуски – 1 мм на каждый поперечный стык и 0,1–0,2 мм на каждый погонный метр продольного шва;

– резку, которая бывает термической (для легированной стали, цветных металлов) или механической (роликовые ножницы с дисковыми ножами). Последний вариант целесообразнее, если детали или изделия, подготавливаемые к сварке, являются однотипными;

– очистку, которой подвергают и основной металл, и присадочный материал. Они должны быть полностью очищены от ржавчины, окалины, масляных и других загрязнений, поскольку наличие посторонних веществ приводит к образованию при сварке дефектов и снижению прочности шва и всего соединения. Особое внимание надо уделить кромке свариваемых элементов и изделий и прилегающей к ним полосы шириной 25–30 мм;

– тщательную подготовку кромок, форма которых бывает различной и определяется толщиной листов. Притупление кромок и зазор между ними должны быть равномерными по всей длине;

– сборку, на которую приходится примерно 30 % общей трудоемкости изготовления детали или конструкции. Для упрощения работы используют специальные приспособления, инструменты и шаблоны (рис. 60, 61).

Рис. 60. Шаблоны для контроля качества сборки: а – для проверки угла раскрытия кромки; б – для проверки прямого угла; в – для определения смещения листов; 1 – шаблон

Рис. 61. Щупы для контроля качества сборки: а – для проверки зазора между листами нахлесточного соединения; б – для определения зазора при тавровом соединении; в – для контроля зазора при стыковом соединении; 1 – щуп-шаблон; 2 – набор щупов

Сборочно-сварочные приспособления применяют для обеспечения доступа к местам установки деталей и рукояткам устройств, которые фиксируют и зажимают деталь, а также для выполнения прихваток и сварки.

К приспособлениям для этой работы предъявляются определенные требования. Они должны:

– быть прочными и достаточно жесткими;

– удерживать деталь в необходимом положении;

– не допускать деформации детали при сварке;

– создавать условия, при которых потребуется минимальное количество поворотов при выполнении прихваток и сварных швов;

– обеспечивать беспрепятственный доступ для контроля размеров изделия и позволять легко снимать их по окончании сварки;

– способствовать безопасности сварочных работ.

Сборочные работы должны вестись в такой последовательности, чтобы каждая предшествующая операция не затрудняла выполнение последующей. Каждая деталь, поступившая на сборку, должна быть проверена на предмет точности геометрических размеров и подготовленности кромок под сварку. Для недопущения деформаций для прихватки надо использовать качественные электроды и выдерживать промежуток между прихватками не более 500 мм, если длина одной прихватки составляет 50–80 мм. Для формирования качественного шва необходимо прихватывать планки в начале и конце изделия.

Чтобы от подготовки перейти непосредственно к выполнению сварки, необходимо понять, каким образом происходит возбуждение дуги на практике. Для этого есть два способа, разница между которыми состоит в том, что в первом случае сварщик дотрагивается концом электрода до поверхности металла, а во втором чиркает по поверхности металла концом электрода и быстро отводит его в сторону примерно на 2–4 мм. Так загорается дуга. При этом надо поддерживать ее длину постоянной, для чего рабочий постепенно опускает электрод по мере того, как тот расплавляется.

Длина дуги должна быть как можно короче, поскольку длинная дуга не дает нужной глубины проплавления основного металла, а электродный металл разбрызгивается, в конечном итоге образуется неровный сварной шов с многочисленными включениями окислов. Короткая дуга сопровождается образованием незначительного количества мелких капель металла, электрод плавится равномерно и дает достаточную глубину проплавления свариваемых частей.

Если в процессе сварки дуга обрывается, ее следует возбудить, переместив электрод от точки обрыва вперед, чтобы потом вернуться к месту обрыва, заварить кратер и продолжить шов.

При сварке надо правильно держать электрод. Обычно его располагают вертикально или наклонно по отношению ко шву – углом вперед или назад (рис. 62), причем сварка углом назад дает глубокий провар и аккуратный, не слишком широкий шов. При таком положении электрода выполняют угловые, тавровые и нахлесточные соединения, а высококвалифицированные мастера – и стыковые.

Для выполнения сварного шва следует подобрать соответствующий режим сварки, т. е. совокупность условий, обеспечивающих стабильное протекание процесса сварки. Режим сварки включает параметры двух видов.

Первую группу составляют основные параметры:

– величина, род и полярность сварочного тока;

– диаметр электрода;

– напряжение дуги;

– скорость сварки;

– величина поперечного колебания торца электрода.

Во вторую группу входят дополнительные параметры:

– величина вылета электрода;

– состав и толщина электродного покрытия;

– пространственное положение электрода;

– начальная температура основного металла;

– положение изделия при сварочных работах.

Рассмотрим далее основные параметры, а второстепенные прояснятся в процессе изложения.

Выбор сварочного тока зависит от разных факторов – диаметра электрода, типа его покрытия и пространственного положения шва. Величина сварочного тока определяет производительность сварки (количество металла, наплавленного за единицу времени) и глубину провара.

При малом токе количества тепла, поступившего в сварочную ванну, будет недостаточно, что может привести к непровару, который значительно ухудшит прочностные свойства соединения деталей.

При чрезмерной величине сварочного тока электрод сильно нагреется, будет быстро плавиться и стекать в шов, что тоже связано с негативными последствиями, в частности с появлением излишнего наплавленного металла в зоне шва и риском непровара, если расплавленный электродный металл ляжет на еще нерасплавленный основной металл.

На упаковке с электродами содержатся рекомендации по выбору сварочного тока, но можно воспользоваться и соответствующими формулами:

I = (40 – 50)dэ при dэ = 4–6 мм;

I = (20 + 6 dэ)dэ при dэ < 4 мм и dэ > 6 мм, где

I – сварочный ток,

dэ – диаметр электрода.

С учетом толщины металла и пространственного положения шва значение сварочного тока корректируют: если толщина кромок составляет (1,3–1,6)dэ, то расчетное значение тока должно быть ниже на 10–15 %; если толщина больше 3 dэ, то расчетное значение тока должно быть выше на 1015 %; при сварке вертикальных и потолочных швов значение сварочного тока должно быть на 10–15 % ниже расчетного.

Форма и размер шва определяются родом и полярностью тока, которые подбирают в зависимости от типа электродного покрытия, марки и толщины основного металла. Здесь установлены такие закономерности:

– при использовании постоянного тока обратной полярности глубина провара оказывается примерно на 40–50 % больше, чем в случае применения постоянного тока прямой полярности, что связано с разным количеством теплоты, которая выделяется на катоде и аноде. По этой причине ток обратной полярности рекомендуется при сварке тонколистового металла и высоколегированных сталей, чтобы исключить прожог и перегрев соответственно;

– при ведении сварки переменным током глубина провара будет на 15–20 % меньше по сравнению со сваркой постоянным током обратной полярности.

Диаметр электрода зависит от толщины кромок металла, который подвергается свариванию (как правило, выбирают диаметр для сварки в нижнем положении), его марки, формы разделки кромок, пространственного положения, в котором осуществляется сварка, и вида сварного соединения.

Между диаметром электрода и толщиной металла при сварке в нижнем положении экспериментально была установлена определенная зависимость, представленная в табл. 18.

При отсутствии кромок диаметр электрода выбирают согласно представленной зависимости. Если разделка кромок была сделана, то при любой марке металла корневой шов выполняют электродом диаметром 2–3 мм, иногда 4 мм. Использование электродов большего диаметра не рекомендуется, поскольку это приводит к возникновению ряда дефектов, в частности к непровару, зашлаковыванию и др. Остальные слои накладывают электродом диаметром 4 мм. В тех случаях, когда толщина металла превышает 12 мм и сварку ведут в нижнем положении, возможно применение электрода диаметром 5 мм. Таким же электродом выполняют и декоративный шов при толщине металла 12 мм.

При сварке в других пространственных положениях для первого слоя выбирают электрод диаметром 2–4 мм, иногда 4 мм, последующие слои, включая декоративный, выполняют электродами диаметром 4 мм.

Диаметр электрода при равенстве прочих условий зависит и от марки металла. Чтобы снизить тепловложения в основной металл и уменьшить риск образования трещин, используют электрод диаметром 2–3 мм, который позволяет получить валик малого сечения. Это особенно актуально при сварке закаливающихся сталей и чугуна.

Тип соединения тоже имеет значение при выборе диаметра электрода. Для стыкового соединения электрод подбирают по принципам, изложенным выше, а для других типов (тавровых, нахлесточных, угловых) придерживаются следующих правил:

– при многослойных швах корневой шов выполняют электродом диаметром 2, 3 или 4 мм, при этом чем ответственнее конструкция или элемент, тем меньше должен быть диаметр электрода, поскольку только в таком случае можно добиться качественного провара корня шва, снизить деформации и тепловложения в основной металл и сварочные напряжения;

– при однопроходных швах применяют электрод диаметром 2, 3, 4, 5 или 6 мм – в соответствии с толщиной металла.

Тип и марка электрода определяются прочностью, механическими и эксплуатационными характеристиками сварного соединения.

Между напряжением дуги (оно определяется величиной тока и диаметром электрода и чаще всего колеблется в пределах 18–45 В) и ее длиной наблюдается прямо пропорциональная зависимость: с увеличением длины дуги ее напряжение тоже растет. Следовательно, возрастает и доля тепла, за счет которого плавится электродный и основной металл. В конечном итоге сварной шов получается шире, а глубина провара и высота усиления – меньше. Поэтому для сварки предпочтительнее держать короткую дугу, напряжение которой составляет 18–20 В, тем более что длинная дуга сопровождается резким звуком и усиленным разбрызгиванием металла. Для сокращения длины дуги надо максимально быстро опускать электродержатель вниз.

При высокой скорости сварки сварной шов становится уже, однако глубина провара возрастает, так как расплавленный металл не подтекает под дугу и дает прослойку небольшой толщины. Если и дальше увеличивать скорость сварки, то можно создать предпосылки для развития негативных явлений, поскольку время теплового воздействия сварочной дуги на металл и глубина провара снизятся, не исключено и несплавление основного металла с металлом шва.

В процессе сварки электрод должен совершать определенные колебательные движения, от характера которых зависит качество сварного шва. Если подавать электрод исключительно в направлении его оси и перемещать его вдоль шва прямолинейно, то наплавленный валик будет узким (ниточным). Он применяется при сварке тонколистового металла, если требуется подварить подрез, а также при наплавке.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.