Материал: Технология сварочного производства

Отсутствие оксидов железа и марганца позволяет легировать металл. В качестве раскислителей применяют FeTi , FeMn, FeSi.

Целлюлозные покрытия содержат главным образом органические компоненты в качестве газообразующих и связующих веществ. Раскислители - ферросплавы.

Технология ручной дуговой сварки

Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений, выполняемых ручной сваркой металлическим электродом при толщине изделия до 175 мм регламентирует ГОСТ. Установлены следующие типы соединений: стыковые (С), угловые (У), тавровые (Т ), внахлёстку (В).

Сварные швы подразделяют по следующим признакам:

По положению относительно действующей силы (фланговые, лобовые, косые).

По положению в пространстве (нижние, горизонтальные, вертикальные, потолочные, в лодочку).

По внешней форме (выпуклые, нормальные, вогнутые).

По протяженности (непрерывные или сплошные, прерывистые).

Режим сварки - совокупность параметров, определяющих процесс сварки: вид тока, диаметр электрода, напряжение и сварочный ток, скорость перемещения электрода вдоль шва и др. Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются диаметр электрода и значение сварочного тока. Остальные параметры выбирают в зависимости от марки электрода, положения свариваемого шва в пространстве, вида оборудования и др.

Диаметр электрода (d_э) устанавливают в зависимости от толщины свариваемых кромок, вида сварного соединения и размеров шва.

Значение сварочного тока (I св) устанавливается по формуле в зависимости d_э и типа металла стержня электрода:

в = kd_э,

где K= 40…60 для электродов со стержнем из низкоуглеродистой стали;= 35…40 для электродов со стержнем из высоколегированной стали.

Технико-экономические показатели ручной сварки

Недостатки:

Невысокая производительность.

Невысокое качество шва.

Большие потери энергии.

Потери металла на разбрызгивание, огарки.

Достоинства:

Дешевизна.

Универсальность.

Маневренность.

Автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка

Автоматическая сварка под флюсом имеет следующие преимущества в сравнении с ручной.

Высокая производительность (в 5…20 раз выше чем при ручной - Icв до 2000 А, Vсв до 100 м/ч и более).

Высокое качество шва (вследствие устойчивого горения дуги и лучшей защиты).

Минимальные потери на разбрызгивание, огарки, угар металла.

Минимальные потери энергии.

Простота обслуживания (невысокая квалификация сварщика).

Лучшие условия труда.

Недостаток - неуниверсальность (применяется при сварке прямых и кольцевых швов большой протяженности) в нижнем положении.

При автоматической сварке под флюсом используют непокрытую электродную проволоку и флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Подача и перемещение электродной проволоки механизированы.

Дуговую сварку под флюсом выполняют сварочными автоматами: сварочными головками или самоходными тракторами, перемещающимися непосредственно по изделию.

Сварочные автоматы можно разделить на две большие группы:

С регулированием электрических величин (Iсв, Ug). Эти автоматы имеют переменную скорость подачи проволоки при сварке.

С постоянной скоростью подачи электрода (основанные на явлении саморегулирования дуги). Саморегулирование дуги действует интенсивно при достаточных плотностях тока, для небольших плотностей тока обязательно автоматическое регулирование дуги, т.к. саморегулирование протекает медленно, и есть опасность коротких замыканий дугового промежутка или, наоборот, обрыва дуги.

Сварочные флюсы служат для защиты наплавляемого металла от воздуха, легирования шва необходимыми присадками и интенсивного раскисления. Взаимодействуя с жидким металлом, расплавленный флюс в значительной степени определяет химический состав металла, а следовательно, и его механические свойства. Образуя шлаковую корку, флюс способствует медленному остыванию металла, выходу на поверхность газов и шлаковых включений и образованию плотного качественного шва. Флюс поддерживает устойчивое горение дуги.

Флюсы классифицируются по назначению, химическому составу и способу изготовления.

По назначению флюсы делятся для сварки углеродистых, легированных и высоколегированных сталей.

По способу изготовления делятся на плавленые и керамические.

Полуавтоматическая сварка под флюсом сочетает в себе универсальность и маневренность ручной сварки с преимуществом автоматической. Проволока в зону сварки подается по гибкому шлангу 5 с помощью механизма подачи 4, перемещения горелки с воронкой для флюса 6 вдоль стыка осуществляется вручную (рис.4).

Сварка производится на повышенных плотностях тока - до 200 А/мм2, что позволяет применять проволоку диаметром 1,2…2,5 мм.

1 - источник питания; 2 - шкаф управления;

- кассета с электродной проволокой; 4 - механизм подачи;

- гибкий шланг; 6 - горелка с воронкой для флюса

Рисунок 4

Высокие плотности тока повышают коэффициент плавления и глубину провара - уменьшается расход проволоки, электроэнергии, повышается производительность процесса. Сваривают наклонные, короткие, прерывистые швы.

Сварка в среде защитных газов

Это один из способов дуговой сварки, при котором для защиты сварочной ванны от влияния воздуха дуга горит в оболочке из защитного газа.

Известны следующие разновидности сварки. В инертных одноатомных газах: аргоне и гелии, в нейтральных двухатомных газах: водороде и азоте, в углекислом газе. В последнее время находит применение сварка в смесях газов: на основе аргона - двойных (Ar+CO2; Ar+5%O2), тройных (75%Ar+20%CO2+5%O2); на основе углекислого газа - двойных (CO2+5%O2; CO2+10%O2; CO2+30%O2).

Сварку можно выполнять вручную, полуавтоматом и автоматом.

Сварка проводится как неплавящимся, так и плавящимся электродом. В газовых смесях осуществляется сварка плавящимся электродом.

Преимущества сварки:

) высокая производительность;

) отсутствие необходимости применения флюсов и последующей очистки шва от шлака;

) возможность наблюдения за процессом формирования шва;

) малая зона термического влияния.

Аргонодуговая сварка может осуществляться неплавящимся и плавящимся электродом. Первая - для металла толщиной от 0,5 мм до 6 мм; вторая при S = 1,5 мм и более. В качестве неплавящегося электрода чаще всего используется вольфрам с добавкой лантана или тория. Сварка неплавящимся электродом ведется на постоянном токе прямой полярности (дуга горит стабильно при низком напряжении 10…15 В). При обратной полярности процесс неустойчивый, но имеет место полезное свойство катодного распыления (разрушение окисных пленок), поэтому при сварке AL и Mg применяется переменный ток. При этом для обеспечения устойчивого горения дуги используют осциллятор (специальное разрядное устройство). При сварке плавящимся электродом обеспечивается нормальный процесс и хорошее качество шва в случае высокой плотности тока (100 А/мм² и более) - (мелкокапельный и струйный перенос, малое разбрызгивание). При малых плотностях тока - крупнокапельный перенос, разбрызгивание повышено: следствие - пористость, малое проплавление основного металла. В соответствии с необходимостью применения высоких плотностей тока используют проволоку малого диаметра (0,6…3 мм) и большую скорость её подачи. Такой режим обеспечивается только механизированной подачей проволоки . Сварку выполняют на постоянном токе обратной полярности. Часто используют смесь Ar+5% O₂.

Сварка в углекислом газе выполняется только плавящимся электродом на повышенных плотностях тока обратной полярности. Следует иметь в виду, что при высоких температурах СО₂ диссоциирует на СО и О. Кислород приводит к окислению легирующих элементов. Окисление компенсируют применением сварочной проволоки с дополнительным содержанием Si и Mn (раскислителей) - Св-08ГС; Св-10Г2С. Часто используют смесь СО₂+10% О₂. Кислород уменьшает поверхностное натяжение расплавленного металла, что способствует уменьшению критической плотности тока, при которой наступает струйный перенос. Одновременно повышается устойчивость процесса сварки на небольших токах, что обеспечивает сварку металла малой толщины.

Сваркой в СО₂ сваривают обычно углеродистые и низколегированные стали автоматом и полуавтоматом.

.2 Плазменная сварка

Осуществляется плазменной струёй или плазменной дугой. Применяемая для сварки плазменная струя представляет собой направленный поток частично или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10000…20000 0С. Плазму получают в плазменных горелках, пропуская газ через столб сжатой дуги. При этом столб дуги сжимается, что приводит к повышению в нём плотности энергии и температуры. Проходящий газ нагревается, ионизируется и выходит из сопла в виде высокотемпературной плазменной струи. В качестве плазмообразующих газов применяют N2, Ar, H2, He, воздух и их смеси.

В горелках для получения плазменной струи дуга 1 горит между вольфрамовым электродом 2 и соплом 5, которое включено в электрическую цепь. Сопло охлаждается водой. Образующаяся плазменная струя 6 выходит из сопла и представляет собой независимый источник теплоты. Тепловая мощность плазменной струи ограничена, и её применяют для сварки и резки тонких металлических листов и неэлектропроводных материалов, а также напыления тугоплавких материалов на поверхность заготовки.

Большей тепловой мощностью обладает плазменная дуга, поэтому она имеет более широкое применение при обработке материалов, например высоколегированных сталей и тугоплавких металлов и сплавов. Плазменная дуга представляет собой дугу, горящую между электродом и заготовкой, окруженную плазмой.

По сравнению с аргонодуговой сваркой плазменная дуга обладает большей проплавляющей способностью и более высокой стабильностью горения, что обеспечивает повышение качества швов и позволяет выполнять микроплазменную сварку (толщина металла 0,025…0,8 мм на токах 0,5…10 А).

.3 Электрошлаковая сварка

Электрошлаковая сварка является самым высокопроизводительным способом автоматической сварки плавления металла значительной толщины (50…4000 мм). При ней плавление основного и электродного металла осуществляется теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Сварка производится снизу вверх при вертикальном положении шва. При этом сварочный автомат либо перемещается непосредственно по изделию (безрельсовый), либо по рельсовой колонне, устанавливаемой параллельно свариваемой кромке.

Процесс сварки начинается между кромками основного металла 10 и формирующими ползунами 3 путем расплавления флюса, засыпаемого в зазор между кромками. Плавление флюса осуществляется в начальный момент электрической дугой, возбуждаемой между электродами 4 и вводной планкой 9. После накопления жидкого шлака дуга гаснет и начинается шлаковый процесс, т.е. электрический ток проходит через слой расплавленного шлака, являющегося электропроводящим электролитом. При этом выделяется теплота, достаточная для расплавления кромок основного и присадочного металла и поддержания высокой температуры шлаковой ванны (20000С).

Электрошлаковая сварка имеет ряд преимуществ по сравнению с автоматической сваркой под флюсом:

- не требуется разделка кромок;

- можно сваривать изделия любой толщины;

- высокая производительность (в 7…10 раз, а при большой толщине - в 15…20 раз выше);

- уменьшение расхода электроэнергии на 1 кг наплавляемого металла;

- возможность изготовления крупных деталей из отдельных частей (сварно-литыми и сварно-кованными).

ЭШС широко применяется в тяжёлом машиностроении для изготовления ковано - сварных, лито-сварных конструкций (станины и детали мощных прессов, валы гидротурбин, коленвалы судовых двигателей и др.).

.4 Газовая сварка и резка металлов

При газовой сварке место соединения нагревают до расплавления высокотемпературным газовым пламенем, получаемым при сжигании горючего газа в атмосфере технически чистого кислорода. Зазор между свариваемыми кромками заполняют присадочным металлом.

В качестве горючих газов можно применять ацетилен, природный газ, водород, керосин, бензин, нефтяные газы (пропан-бутан) и др.

Наибольшее применение получила газовая сварка ацетиленокислородным пламенем, так как С2Н2 имеет большую теплотворную способность и температуру пламени (3200 0С).

Ацетилен получают в газогенераторах при взаимодействии воды с карбидом кальция:

СаС2+Н2О ® Са(ОН)2+С2Н2+Q.

При разложении 1 кг СаС2 получается 250…300 дм3 С2Н2 .

Ацетилен взрывоопасен при избыточном давлении свыше 0,175 МПа. Транспортируют его по шлангам или в баллонах, где он растворен в ацетоне (в 1 дм3 - 24 дм3 С2Н2). Давление в баллоне 0,6…2,2 МПа.

Ацетиленовые генераторы различают по способу взаимодействия карбида кальция с водой (КВ - карбид в воду, ВК - вода на карбид, К - контактный). Наибольший выход С2Н2 дает генератор КВ, наименьший - К.

Для предотвращения проникновения ацетиленокислородного пламени в генератор при обратном ударе (когда скорость истечения меньше скорости горения) устанавливают предохранительные водяные затворы.

Кислород поставляется к месту сварки в стальных баллонах под давлением 15 МПа. В баллоне емкостью 40 дм3 (литров) содержится 6 м3 кислорода. Для снижения давления газа на выходе из баллона и поддержания постоянной величины рабочего давления служит газовый редуктор.

Кислородный редуктор снижает давление с 15 до 0,1 МПа, ацетиленовый с 1,6 до 0,02 МПа.

Газосварочные горелки используют для образования газосварочного пламени. Наибольшее применение находит инжекторная горелка, работающая на среднем и низком давлении. Инжектор представляет собой втулку с конусным отверстием, на выходе из которой обеспечивается смешение газов в камере. Горелки имеют сменные наконечники с различными диаметрами выходных отверстий инжектора и мундштука для регулирования мощности пламени.

В зависимости от соотношения ацетилена и кислорода различают:

нормальное пламя (О2/С2Н2 = 1…1,2);

окислительное пламя (О2/С2Н2 = 1,4…1,5)

науглероживающее пламя (О2/С2Н2 < 1).

Характер пламени можно регулировать подачей газа. В подавляющем большинстве случаев используется нормальное пламя.

Науглероживающее пламя используют в случае компенсации выгорания углерода (чугун, цветные металлы).

Присадочную проволоку для газовой сварки выбирают в зависимости от состава свариваемого металла. Для сварки цветных металлов и некоторых специальных сплавов используют флюсы: кислые (бура с борной кислотой) - для сварки меди и ее сплавов; бескислородные - для сварки алюминиевых сплавов.

При газовой сварке заготовки нагреваются более плавно, чем при дуговой сварке, поэтому ее используют для сварки металла малой толщины (0,2..3 мм), легкоплавких цветных металлов и сплавов, требующих постепенного нагрева и охлаждения (инструментальных сталей, чугуна, латуней), для пайки и наплавочных работ, подварки дефектов чугунных и бронзовых отливок.

Резка металлов - газокислородная, кислородно-флюсовая, воздушно-дуговая, плазменно-дуговая.

Газокислородная резка заключается в горении металла в струе кислорода и удалении этой струей образующихся жидких оксидов. Горение железа в кислороде сопровождается выделением значительного количества теплоты.

Для начала горения металл подогревают до температуры воспламенения (для стали 1000…1200 ⁰С) ацетиленокислородным пламенем, затем подается струя режущего кислорода, и нагретый металл начинает гореть.