Технология ручной дуговой сварки

При сварке рационально использовать стыковые или нахлесточные соединения. Для уменьшения включений окисной пленки в шве возможно использование флюсов, наносимых на торцевые поверхности деталей перед сваркой в виде дисперсной взвеси фторидов в спирте. Без разделки кромок можно сваривать с одной стороны детали с толщиной кромок до 3...6 мм, а с двух сторон - до 10 мм.

 Разделку делают V-образную с  углом раскрытия кромок 60...70° (меньше, чем на стали) и с притуплением не менее 0,25 толщины кромок. Наиболее распространенные марки электродов для сварки алюминиевых сплавов: АФ-4А; ЭЮ-1; ОЗА-1; ОЗА-2. Последняя марка предназначена для заварки дефектов литья и наплавки.

 Стержни электродов изготавливают из сварочной проволоки с нанесением на них покрытий из смеси хлористых и фтористых солей. Толщина покрытия не более 0,3...0,5 мм на сторону. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности, силу тока выбирают в зависимости от положения шва и диаметра электрода .

 При сварке электродами 03А-1 прочность металла шва 7,2 кгс/мм2 (72 МПа) и угол загиба образца 170°. Сварку лучше вести с предварительным  подогревом изделия до температуры 250...400 °С (в зависимости от толщины  кромок), так как алюминий имеет  высокую теплопроводность и кромки очень медленно разогреваются дугой. Расход электродов на 1 кг наплавленного металла составляет 2 кг. Велики потери на угар и разбрызгивание электродного металла.

При сварке электродами ОЗА-2 прочность шва немного выше - 8,6 кгс/мм2 (86 МПа); а угол загиба меньше. Это связано с легированием шва кремнием (до 5,0 %).

Медь и медные сплавы используют в основном ввиду их высокой электро-и теплопроводности, высокой коррозионной стойкости в некоторых агрессивных средах. Все эти свойства тем выше, чем выше чистота металла. Электропроводность и теплопроводность меди резко меняются даже при незначительном количестве примесей (до 1 %). При нагреве медь может реагировать с кислородом, серой, углеродом и водородом.

Медь инертна по отношению к азоту во всем диапазоне температур сварки. Кислород и водород при низких температурах, близких к температуре кристаллизации, чрезвычайно мало растворяются в меди и поэтому при малом раскислении и плохой защите могут вызывать трещины или "водородную болезнь" меди - замедленное образование трещин. Поэтому перед сваркой сварочные электроды нужно прокаливать при температуре 250...300 °С в течение двух часов и применять основной металл с малым содержанием газов.

 Для сварки чистой меди  лучше использовать другие способы сварки, например в защитных газах неплавящимся или плавящимся электродом. Латуни (сплавы меди с цинком) также имеют плохую свариваемость из-за выгорания цинка.

Сплавы меди - бронзы свариваются лучше, чем чистая медь. Различают бронзы по типу основного легирующего компонента: оловянистые, алюминиевые, марганцовистые, кремнистые, хромистые. Лучше других свариваются кремнистые и хромистые бронзы. Кремнистые бронзы в значительной степени утратили тепло-и электропроводность, но имеют высокую коррозионную стойкость и износостойкость. Хромистые бронзы при хорошей свариваемости имеют электро-и теплопроводность практически на уровне чистой меди.

Марганцовистые бронзы имеют удовлетворительную свариваемость с хорошей коррозионной стойкостью и жаропрочностью. Алюминиевые и оловянистые бронзы свариваются плохо ввиду выгорания легкоплавких легирующих материалов. Лучшими из разработанных электродов для сварки меди являются: АНЦ/СЭМ-3; ОЗБ-2М и "Комсомолец-100". Электроды ОЗБ-2М рекомендуются для сварки и наплавки бронз, остальные - для сварки и наплавки чистой меди или низколегированных сплавов на ее основе.

Сварку меди и ее сплавов производят на постоянном токе обратной полярности. Детали толщиной до 10 мм сваривают без разделки кромок и без предварительного подогрева, силу тока выбирают в зависимости от диаметра электрода.

 Сварку ведут на ровной высушенной графитовой подкладке или графитовой ткани одно или двухсторонним швом с небольшими поперечными колебаниями электрода, короткой дугой, в нижнем положении или слегка на подъем. Электрод располагают перпендикулярно к изделию. Детали толщиной 10...25 мм предварительно подогревают до температуры 200...400 °С. При этом гарантируется электропроводность сварных швов на уровне 60 % от электропроводности чистой меди. Предел прочности наплавленного металла 20 кгс/мм2 (200 МПа).

Расход электродов всех марок достаточно большой: на 1 кг наплавленного металла расходуется 1,6... 1,75 кг электродов. Металл , идущий на изготовление сварных конструкций, предварительно очищают и выправляют.

Очистка должна производиться до сборки узла. В месте сварки кромки тщательно очищают от ржавчины, масла, влаги, окалины, загрязнений, наличие которых приводит к образованию пор и других дефектов. Особенно следует обратить внимание на зачистку в зазоре между кромками. Если в зазор уже собранного узла попали загрязнения, его следует тщательно продуть сжатым воздухом или прожечь пламенем горелки.

Очистка производится ручными и механическими проволочными щетками, иглофрезами, гидропескоструйным и дробеметным способами, пламенем многофакельной горелки, абразивными кругами, травлением в растворах кислот и щелочей, промывкой растворителями.

В крупных цехах для очистки стальных листов после их правки применяют поточный струйный метод последовательной обработки листов 15%-ным раствором ингибированной * соляной кислоты при 40-45°С, промывку водой и нейтрализацию 3-5%-ным раствором кальцинированной соды, промывку и обработку 10%-ным пассивирующим раствором специального состава.

Скорость перемещения листа в потоке - 0,5 м/сек.

Перед сваркой кромки деталей, если это предусмотрено чертежами, подвергают обрезке, скосу и очистке. Скос кромок выполняется в соответствии с типом сварного соединения.

Для получения ровной и чистой поверхности кромок их иногда обрабатывают на кромкострогальных и торцефрезерных станках, длина обработки на которых может достигать нескольких метров.

Механической обработкой кромок на станках удаляют зону наклепа металла, образовавшуюся при обрезке кромок ножницами, зону термического влияния резки некоторых легированных сталей, повышают точность заготовок и устраняют деформации после кислородной резки, а также придают чашеобразную форму кромкам толстого металла (свыше 30 мм).

Машинная кислородная резка является более производительным, дешевым и распространенным способом подготовки кромок под сварку, особенно при большой толщине свариваемого металла (деталей станин, листов котельных барабанов и др.).

Машинная кислородная резка должна применяться в тех случаях, когда это допустимо по техническим условиям на изготовление изделия. Для ускорения процесс резки и скоса кромок выполняют одновременно несколькими резаками, установленными на одной машине под соответствующими углами наклона.

Для обрезки легированных сталей, цветных металлов и их сплавов применяют кислородно-флюсовую и плазменную резку.

На кромках не должно быть зарезов глубиной более 1,5 мм; прямолинейность кромок проверяется с помощью рейки и измерительной линейки, а углы скоса - шаблонами (Рис.62).

 
Литые заготовки перед сваркой должны быть тщательно очищены от остатков формовочной земли, а имеющаяся на поверхности литейная корка снята наждачным камнем в местах наложения сварных швов.

 

2.1 ВЫБОР РЕЖИМА СВАРКИ

 

Под режимом сварки понимают совокупность показателей, определяющих протекание процесса сварки. Эти показатели называют элементами режима. Основными элементами режима дуговой сварки являются: ток, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение дуги и скорость сварки. При ручной сварке к ним добавляется величина поперечного перемещения конца электрода.

 Остальные факторы - вылет (длина) электрода, свойства покрытия, начальная  температура металла, наклон электрода  и основного металла - являются  дополнительными элементами режима сварки.

Влияние элементов режима сварки на размеры и форму шва. Размеры шва и форма провара не зависят от типа шва (валиковый шов, угловой, стыковой, сварка без разделки и зазора, сварка с разделкой и зазором), а определяются в основном режимом сварки.

 Основным показателем формы шва является коэффициент формы провара, представляющий отношение ширины шва к глубине провара. При дуговой сварке и наплавке он может изменяться в широких пределах - от 0,8 до 20. Уменьшение ширины шва и увеличение глубины провара уменьшает коэффициент формы провара, а противоположное изменение этих величин - увеличивает его.

Величина тока. Увеличение тока увеличивает, а уменьшение - уменьшает глубину провара, При глубине провара более 0,7-0,8 толщины металла резко изменяются условия отвода тепла от нижней части сварочной ванны и может произойти сквозное проплавление металла.

Чем легче металл, т.е. чем меньше его плотность, тем больше провар при токе данной величины. Так, например, один и тот же ток дает более глубокий провар при сварке алюминия, чем при сварке стали. На ширину шва изменение величины тока существенного влияния не оказывает.

Род и полярность тока. При одной и той же величине тока наибольшая глубина провара получается при сварке на постоянном токе обратной полярности.

При сварке на прямой полярности глубина провара меньше на 40-50%, а при сварке переменным током - меньше на 15-20%, чем при сварке на постоянном токе обратной полярности.

Ширина шва при постоянном токе прямой полярности меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности и переменным током. Указанное изменение ширины шва становится заметным только при напряжении дуги свыше 30 в.

Диаметр электрода. Уменьшение диаметра при том же токе повышает плотность тока в электроде и уменьшает подвижность дуги, что увеличивает глубину провара и сокращает ширину шва. Соответственно, при уменьшении диаметра электрода глубина провара возрастает.

Ширина шва с увеличением диаметра электрода увеличивается за счет повышения подвижности дуги. Заданная глубина провара может быть достигнута и при меньшем токе за счет уменьшения диаметра электрода, однако это вызывает затруднения вследствие повышенного разогрева электрода малого диаметра.

Напряжение дуги почти не оказывает влияния на глубину провара, но влияет на ширину шва. При возрастании напряжения ширина шва увеличивается, при снижении напряжения - уменьшается, что широко используется при механизированных способах сварки для регулирования ширины шва особенно при наплавке.

 При ручной сварке напряжение  изменяется незначительно (от 18 до 22 в), что не оказывает практического влияния на ширину шва.

При малых скоростях ручной сварки, составляющих 1 - 1,5 м/ч, глубина провара получается минимальной, так как в этом случае интенсивность вытеснения жидкого металла сварочной ванны из-под основания столба дуги невелика. Образующийся у основания дуги слой жидкого металла препятствует проплавлению основного металла. Повышение скорости сварки до некоторого значения, соответствующего максимальной погонной энергии дуги, увеличивает глубину провара. При практически применяемых для ручной сварки режимах скорость сварки незначительно влияет на глубину провара.

Ширина шва зависит от скорости сварки: увеличение скорости уменьшает ширину шва, а уменьшение скорости - увеличивает ширину шва.

Это соотношение сохраняется при всех скоростях сварки и широко используется в практике для регулирования ширины шва.

Поперечное перемещение электрода сильно влияет на глубину провара и ширину шва, поэтому его широко используют при ручной сварке для регулирования формы шва. Увеличение ширины поперечных перемещений конца электрода увеличивает ширину шва и уменьшает глубину провара, и наоборот. Это связано с соответствующим изменением концентрации тепла дуги на металле.

Длина (вылет) электрода. При увеличении длины электрода (или его вылета) он больше нагревается и скорость плавления его возрастает, что приводит к уменьшению тока и глубины провара. Если диаметр проволоки более 3 мм, изменение вылета ±6-8 мм не оказывает влияния на формирование шва. Если используется проволока диаметром 1-2,5 мм, указанные колебания вылета могут ухудшать формирование шва.

Физические свойства покрытия или флюса. При использовании легкого флюса и электрода с легкоплавким покрытием подвижность дуги увеличивается, возрастает ширина шва и сокращается глубина провара.

 При повышении толщины слоя  или тугоплавкости покрытия на  конце электрода образуется чехольчик, ограничивающий подвижность дуги, что приводит к уменьшению  ширины шва и увеличению глубины  провара.

Начальная температура металла в пределах от - 60 до +80° С не влияет на форму шва. Подогрев основного металла до 100-400° С приводит к увеличению ширины шва и глубины провара, причем быстрее растет ширина шва, чем провар. Предварительным подогревом свариваемого металла объясняется увеличение ширины верхних слоев при многослойной сварке и наплавке.

Наклон электрода. Сварку ведут вертикальным электродом, с наклоном вперед и углом назад (относительно направления сварки). При сварке углом назад дуга сильнее вытесняет металл из ванны и глубина провара возрастает, а ширина шва уменьшается.

При сварке углом вперед давление столба на поверхность металла снижается, что уменьшает глубину провара и увеличивает ширину шва по сравнению со сваркой вертикальным электродом.

Наклон изделия. При сварке сверху вниз (на спуск) растет толщина слоя жидкого металла под основанием столба дуги и глубина провара от этого уменьшается; увеличивается блуждание дуги и ширима шва возрастает.

 При сварке снизу вверх (на  подъем) толщина слоя жидкого  металла под дугой уменьшается, глубина провара возрастает, а ширина шва уменьшается, так как дуга блуждает меньше.