Техника, способы ручной дуговой сварки металлическими электродами с покрытием
Техника ручной дуговой сварки металлическими электродами с покрытием
Сущность способа. К электроду и свариваемому изделию для образования и поддержания сварочной дуги от источников сварочного тока подводится постоянный и переменный ток (рисунок 24). Дуга расплавляет металлический стержень электрода, его покрытие и основной металл. Расплавляющийся металлический стержень электрода в виде отдельных капель, покрытых шлаком, переходит в сварочную ванну. В сварочной ванне электродный металл смешивается с расплавленным металлом изделия (основным металлом), а расплавленный шлак всплывает на поверхность.
Рисунок 24 - Ручная дуговая сварка металлическим электродом: 1 - металлический стержень; 2 - покрытие электрода; 3 - газовая атмосфера дуги; 4 - сварочная ванна; 5 – затвердевший шлак; 6 - закристаллизовавшийся металл шва; 7 - основной металл (изделие); 8 - капли расплавленного электродного металла; 9 - глубина проплавления с покрытием (стрелкой указано направление сварки)
Глубина, на которую расплавляется основной металл, называется глубиной проплавления. Она зависит от режима сварки (силы сварочного тока и диаметра электрода), пространственного положения сварки, скорости перемещения дуги по поверхности изделия, конструкции сварного соединения, формы и размеров разделки свариваемых кромок и т. п. Размеры сварочной ванны зависят от режима сварки, обычно глубина составляет до 7 мм (ширина 8 - 15 мм, длина 10 - 30 мм). Доля участия основного металла в формировании металла шва обычно составляет 15 - 35 %.
Расстояние от активного пятна на расплавленной поверхности электрода до другого активного пятна дуги на поверхности сварочной ванны называется длиной дуги. Расплавляющееся покрытие электрода образует вокруг дуги и над поверхностью сварочной ванны газовую атмосферу, которая, оттесняя воздух из зоны сварки, препятствует взаимодействиям его с расплавленным металлом. В газовой атмосфере присутствуют также пары основного и электродного металлов и легирующих элементов. Шлак, покрывая капли электродного металла и поверхность расплавленного металла сварочной ванны, способствует предохранению их от контакта с воздухом и участвует в металлургических взаимодействиях с расплавленным металлом.
Кристаллизация металла сварочной ванны по мере удаления дуги приводит к образованию шва, соединяющего свариваемые детали. При случайных обрывах дуги или при смене электродов кристаллизация металла сварочной ванны приводит к образованию сварочного кратера (углублению в шве, по форме напоминающему наружную поверхность сварочной ванны). Затвердевающий шлак образует на поверхности шва шлаковую корку.
Ввиду того что от токоподвода в электрододержателе сварочный ток протекает по металлическому стержню электрода, стержень разогревается. Этот разогрев тем больше, чем дольше протекание по стержню сварочного тока и чем больше величина последнего. Перед началом сварки металлический стержень имеет температуру окружающего воздуха, а к концу расплавления электрода температура повышается до 500 - 600 оС (при содержании в покрытии органических веществ - не выше 250 оС). Это приводит к тому, что скорость расплавления электрода (количество расплавленного электродного металла) в начале и конце различна. Изменяется и глубина проплавления основного металла ввиду изменения условий теплопередачи от дуги к основному металлу через прослойку жидкого металла в сварочной ванне. В результате изменяется соотношение долей электродного и основного металлов, участвующих в образовании металла шва, а значит и состав, и свойства металла шва, выполненного одним электродом. Это один из недостатков ручной дуговой сварки покрытыми электродами.
Зажигание и поддержание дуги. Перед зажиганием (возбуждением) дуги следует установить необходимую силу сварочного тока, которая зависит от марки электрода, пространственного положения сварки, типа сварного соединения и др. Зажигать дугу можно двумя способами. При первом способе электрод приближают вертикально к поверхности изделия до касания металла и быстро отводят вверх на необходимую длину дуги. При втором - электродом вскользь «чиркают» по поверхности металла. Применение того или иного способа зажигания дуги зависит от условий сварки и от навыка сварщика.
Техника ручной дуговой сварки.
Под техникой сварки обычно понимают приемы манипулирования электродом или горелкой, выбор режимов сварки, приспособлений и способы их применения дли получения качественного шва и т. п. Качество швов зависит не только от техники сварки, по и от других факторов, таких как состав и качество применяемых сварочных материалов, состояние свариваемой поверхности, качество подготовки и сборки кромок под сварку и т. д.
В зависимости от формы и размеров изделия швы можно сваривать в различных пространственных положениях (рисунок 12).
Техника манипулирования электродом. Во время сварки сварщик сообщает концу электрода движение в трех направлениях.
Первое движение - поступательное по направлению оси электрода, для поддержания необходимой длины дуги Lд, которая должна быть
Lд = (0,5-1,1) dэ
Длина дуги оказывает большое влияние на качество сварного шва и его форму. Увеличение длины дуги снижает качество наплавленного металла шва ввиду его интенсивного окисления и азотирования, увеличивает потери металла на угар и разбрызгивание, уменьшает глубину проплавления основного металла. Также ухудшается внешний вид шва.
Второе движение - вдоль оси валика для образования сварного шва. Скорость движения электрода зависит от величины тока, диаметра электрода, типа и пространственного положения, в котором выполняется шов. Правильно выбранная скорость перемещения электрода вдоль оси шва обеспечивает требуемую форму и качество сварного шва. При большей скорости перемещения электрода основной металл не успевает проплавляться, вследствие чего образуется непровар. Недостаточная скорость перемещения электрода приводит к перегреву и прожогу (сквозное проплавление) металла, а также снижает качество и производительность сварки. Правильно выбранная скорость продольного движения электрода вдоль оси шва позволяет получить его ширину на 2 - 3 мм больше, чем диаметр электрода.
Сварной шов, образованный в результате первого и второго движения электрода, называют ниточным. Его применяют при сварке металла небольшой толщины, при наплавочных работах и подварке подрезов.
Третье движение - колебание концом электрода поперек шва для образования уширенного валика, который применяют чаще, чем ниточный. Для образования уширенного валика электроду сообщают поперечные колебательные движения чаще всего с постоянной частотой и амплитудой, совмещенные с поступательным движением электрода вдоль оси подготовленного под сварку соединения и оси электрода. Поперечные колебательные движения электрода разнообразны и определяются формой, размерами, положениями шва в пространстве, в котором выполняется сварка, и навыком сварщика. На рисунке 25 показаны поперечные колебания, описываемые концом электрода. В процессе колебания электрода середину пути проходят быстро, задерживая электрод по краям. Такое изменение скорости колебания электрода обеспечивает лучший провар по краям. Ширина валика не должна быть более 2 - 3 диаметров электрода, что соответствует ГОСТ и технологии сварки. При выполнении более широких валиков в результате охлаждения шлака возможно образование дефектов в сварном шве.
Обычно сварку выполняют вертикально расположенным электродом или при его наклоне относительно шва, углом вперед или назад (рисунок 25). При сварке углом назад улучшаются условия оттеснения из-под дуги жидкого металла, толщина прослойки которого уменьшается. При этом улучшаются условия теплопередачи от дуги к основному металлу и растет глубина его проплавления.
Рисунок 25 - Основные виды траекторий движений конца электрода при слабом прогреве (А, Б, В, Г), усиленном прогреве середины (Д), свариваемых кромок (Е - Ж), усиленном прогреве одной кромки (З, И), прогреве корня шва (К)
То же наблюдается при сварке шва на подъем на наклонной или вертикальной плоскости. При сварке углом вперед или на спуск расплавленный металл сварочной ванны, подтекая под дугу, ухудшает теплопередачу от нее к основному металлу - глубина проплавления уменьшается, а ширина шва возрастает (сечения швов на рисунке 26).
Рисунок 26 - Способы выполнения сварки: а - углом назад; б - углом вперед; в - на подъем; г - на спуск
При прочих равных условиях количество расплавляемого электродного металла, приходящегося на единицу длины шва, остается постоянным, но распределяется на большую ширину шва и поэтому высота его усиления уменьшается. При наплавке или сварке тонколистового металла (толщина до 3 мм) для уменьшения глубины провара и предупреждения прожогов рекомендуется сварку выполнять на спуск (наклон до 15 град.) или углом вперед без поперечных колебаний электрода. Для сборки изделия под сварку (обеспечения заданного зазора в стыке, положения изделий и др.) можно применять специальные приспособления или короткие швы - прихватки. Длина прихваток обычно составляет 20 - 120 мм (больше при более толстом металле) и расстояние между ними 200 - 1200 мм (меньше при большей толщине металла для увеличения жесткости). Сечение прихваток не должно превышать 1/3 сечения швов. При сварке прихватки необходимо полностью переплавлять.
Техника сварки в нижнем положении.
Это пространственное положение позволяет получать сварные швы наиболее высокого качества, так как облегчает условия выделения неметаллических включений, газов из расплавленного металла сварочной ванны. При этом также наиболее благоприятны условия формирования металла шва, так как расплавленный металл сварочной ванны от вытекания удерживается нерасплавившейся частью кромок.
Стыковые швы сваривают без скоса кромок или с V-, Х- и U- образным скосом. Положение электрода относительно поверхности изделия и готового шва показано на рисунке 27. Стыковые швы без скоса кромок в зависимости от толщины сваривают с одной или двух сторон. При этом концом электрода совершают поперечные колебания (см. рисунок 25) с амплитудой, определяемой требуемой шириной шва. Следует тщательно следить за равномерным расплавлением обеих свариваемых кромок по всей их толщине и особенно стыка между ними в нижней части (корня шва).
Однопроходную сварку с V-образным скосом кромок обычно выполняют с поперечными колебаниями электрода на всю ширину разделки для ее заполнения так, чтобы дуга выходила со скоса кромок на необработанную поверхность металла. Однако в этом случае очень трудно обеспечить равномерный провар корня шва по всей его длине, особенно при изменении величины притупления кромок и зазора между ними.
Рисунок 27 - Положение электрода при сварке в нижнем положении: а - поперек оси шва; б - сбоку
При сварке шва с V-образным скосом кромок за несколько проходов обеспечить хороший провар первого слоя в корне разделки гораздо легче. Для этого обычно применяют электроды диаметром 3 - 4 мм и сварку ведут без поперечных колебаний. Последующие слои выполняют в зависимости от толщины металла электродом большего диаметра с поперечными колебаниями. Для обеспечения хорошего провара между слоями предыдущие швы и кромки следует тщательно очищать от шлака и брызг металла. Заполнять разделку кромок можно швами с шириной на всю разделку или отдельными валиками (рисунок 28). В многопроходных швах последний валик (11 на рисунке 28.в) для улучшения внешнего вида иногда можно выполнять на всю ширину разделки (декоративный слой).
Сварку швов с Х- или U-образным скосом кромок выполняют в общем так же, как и с V-образным скосом. Однако для уменьшения остаточных деформаций и напряжений, если это возможно, сварку ведут, накладывая каждый валик или слой попеременно с каждой стороны. Швы с Х- или U-образным скосом кромок по сравнению с V-образным имеют преимущества, так как в первом случае в 1,6 -1,7 раза уменьшается объем наплавленного металла (повышается производительность сварки). Кроме того, уменьшаются угловые деформации, а возможный непровар корня шва образуется в нейтральном по отношению к изгибающему моменту сечении. Недостаток U- образного скоса кромок - повышенная трудоемкость его получения.
Рисунок 28 - Поперечные сечения стыковых швов: а - однопроходных; б - многопроходных; в - многослойных; I - VI - слои; 1 - 11 - проходы
Сварку стыковых швов можно выполнять различными способами (рисунок 29). При сварке на весу и выполнения корневого шва при многослойной сварке наиболее трудно обеспечить удержание расплавленного металла в сварочной ванне и формирование хорошего обратного валика по всей длине стыка.
Рисунок 29 - Схемы сварки: а - на весу; б - на медной съемной подкладке; в - на остающейся стальной подкладке; г - с предварительным подварочным швом; д - удаление непровара в корне шва для последующей подварки; 1 - медная подкладка; 2 – остающаяся подкладка; О - основной шов; П - подварочный шов
Для предупреждения вытекания расплавленного металла из сварочной ванны применяют стальные, медные, керамические или асбестовые подкладки, устанавливаемые под корень шва; обходятся без сквозного проплавления с последующей подрубкой и подваркой корня шва с противоположной стороны; флюсовые, флюсо-медные и газовые подушки, устанавливаемые под корень шва; при стыковой сварке - соединения «в замок».
Подкладки позволяют увеличивать величину сварочного тока, способствуя сквозному проплавлению свариваемых кромок и обеспечивая при этом 100-процентный провар свариваемых деталей. Для предупреждения вытекания расплавленного металла из сварочной ванны подкладки должны плотно прилегать к свариваемым кромкам.
Иногда по заранее продуманной технологии не делают сквозного проплавления свариваемых кромок, а затем с обратной стороны делают канавку газовой или воздушно-дуговой строжкой или механическими методами (рисунок 29. д) накладывают подварочный шов, обеспечивая при этом 100-процентный провар свариваемых кромок в корне шва. Если с обратной стороны возможен подход к корню шва и допустимо усиление обратной стороны шва, целесообразна (рисунок 29.г) подварка корня швом небольшого сечения с последующей укладкой основного шва.
Расплавленный металл сварочной ванны в корне шва удерживают применением различных подушек. Флюсовые и флюсо-медные подушки применяют при сварке под флюсом. Газовую подушку используют при ручной дуговой сварке, ручной и автоматической аргонодуговой сварке с использованием в качестве поддувочного газа аргона, азота или углекислого газа. Сущность газовой подушки состоит в том, что под расплавленный металл сварочной ванны подается один из упомянутых выше газов с избыточным давлением 0,5 - 2 кПа.
Сварку угловых швов в нижнем положении можно выполнять двумя приемами. Сварка вертикальным электродом в лодочку (рисунок 30. а) обеспечивает наиболее благоприятные условия для провара корня шва и формирования его усиления. По существу этот прием напоминает сварку стыковых швов с V-образным скосом кромок, так как шов формируется между свариваемыми поверхностями. Однако при этом способе требуется тщательная сборка соединения под сварку с минимальным зазором в стыке для предупреждения вытекания в него расплавленного металла.
При сварке наклонным электродом (рисунок 30.б - 30. г) трудно обеспечить провар шва по нижней плоскости (ввиду натекания на нее расплавленного металла) и предупредить подрез на вертикальной плоскости (ввиду стекания расплавленного металла). Поэтому таким способом обычно сваривают швы с катетом до 6 - 8 мм.
При сварке угловых швов наклонным электродом трудно также обеспечить глубокий провар в корне шва, поэтому в односторонних или двусторонних швах без скоса кромок может образоваться непровар (рисунок 31.а), который при нагружении шва послужит началом развития трещин. Для предупреждения этого в ответственных соединениях при толщине металла 4 мм и более необходим односторонний скос, а при толщине 12 мм и более - двусторонний скос кромок.
Рисунок 30 - Положение электрода и изделия при сварке: а - в лодочку; б - таврового соединения; в - внахлестку; г - углового соединения
Рисунок 31 - Сварка угловых швов: 1 - 6 - последовательность наложения швов
При сварке наклонным электродом многопроходных швов первым выполняют шов на горизонтальной плоскости (рисунок 31.б). Формирование последующего валика происходит с частичным удержанием расплавленного металла сварочной ванны нижележащим валиком. При сварке угловых швов применяют поперечные колебания электрода. Особенно важен правильный выбор их траектории при сварке наклонным электродом с целью предупреждения возникновения указанных выше дефектов.
Техника сварки на горизонтальной и потолочной плоскостях.
Сварка швов в положениях, отличающихся от нижнего, требует повышенной квалификации сварщика в связи с возможным под действием сил тяжести вытеканием расплавленного металла из сварочной ванны или падением капель электродного металла мимо сварочной ванны. Для предотвращения этого сварку следует вести по возможности наиболее короткой дугой, в большинстве случаев с поперечными колебаниями.
Расплавленный металл в сварочной ванне от вытекания удерживается в основном силой поверхностного натяжения. Поэтому необходимо уменьшать ее размер, для чего конец электрода периодически отводят в сторону от ванны, давая возможность ей частично закристаллизоваться. Ширину валиков также уменьшают до двух-трех диаметров электродов. Применяют пониженную на 10 - 20 % силу тока и электроды уменьшенного диаметра (для вертикальных и горизонтальных швов - не более 5 мм, для потолочных не более 4 мм).
Сварку вертикальных швов можно выполнять на подъем или на спуск (рисунок 32). При сварке на подъем (рисунок 32.а) нижележащий закристаллизовавшийся металл шва помогает удержать расплавленный металл сварочной ванны. При этом способе облегчается возможность провара корня шва и кромок, так как расплавленный металл стекает с них в сварочную ванну, улучшая условия теплопередачи от дуги к основному металлу. Однако внешний вид шва - грубочешуйчатый. При сварке на спуск (рисунок 32.б) получить качественный провар трудно: шлак и расплавленный металл подтекают под дугу и от дальнейшего стекания удерживаются только силами давления дуги и поверхностного натяжения. В некоторых случаях их оказывается недостаточно, и расплавленный металл вытекает из сварочной ванны.
Рисунок 32 - Формирование ванны и шва при ручной дуговой сварке вертикальных швов: а - сварка на подъем; б - сварка на спуск
Сварка горизонтальных стыковых швов (рисунок 33) более затруднена, чем вертикальных, из-за стекания расплавленного металла из сварочной ванны на нижнюю кромку. В результате возможно образование подреза по верхней кромке. При сварке металла повышенной толщины обычно делают скос только одной верхней кромки, нижняя помогает удерживать расплавленный металл в сварочной ванне. При сварке стыковых швов с разделкой последний декоративный слой выполняют придвижении дуги под углом 45 градусов к оси шва (рисунок 33.б). Сварка горизонтальных угловых швов в нахле- сточных соединениях не вызывает трудностей и по технике не отличается от сварки в нижнем положении.
Рисунок 33 - Ручная дуговая сварка горизонтальных швов: а - за один проход; б - валиками с декоративным швом; в - валиками без декоративного шва
Сварка швов в потолочном положении (рисунок 34) наиболее сложна и ее по возможности следует избегать. Сварку выполняют периодическими короткими замыканиями конца электрода на сварочную ванну, во время которых металл сварочной ванны частично кристаллизуется, что уменьшает объем сварочной ванны. В то же время расплавленный электродный металл вносится в сварочную ванну. При удлинении дуги образуются подрезы. При сварке этих швов ухудшены условия выделения из расплавленного металла сварочной ванны шлаков и газов. Поэтому свойства металла шва несколько ниже, чем при сварке в других пространственных положениях.
Техника сварки пробочных и прорезных соединений практически не отличается от рассмотренной выше техники сварки стыковых или угловых швов.
Рисунок 34 - Формирование ванны и шва при ручной дуговой сварке в потолочном положении
Порядок выполнения швов различной протяженности и толщины. Все сварные соединения по протяженности различают на три группы:
1) от 250 до 300 мм - короткие;
2) от 300 до 1000 мм - средней длины;
3) от 1000 мм и более - длинные.
В зависимости от протяженности шва, толщины и марки металла, жесткости конструкции и т. д. применяют различные приемы последовательности сварки швов и заполнения разделки (рисунок 35). Сварку напроход обычно применяют при сварке коротких швов. Швы средней длины лучше сваривать от середины к концам или обратноступенчатым методом. При последнем способе весь шов разбивают на участки по 150 - 200 мм, которые должны быть кратны длине участка, наплавляемого одним электродом. Сварку швов в ответственных конструкциях большой толщины выполняют блоками, каскадом или горкой, что позволяет влиять на структуру металла шва и сварного соединения и его механические свойства.
При сварке горкой сначала в разделку кромок наплавляют первый слой небольшой длины 200 - 300 мм, затем второй слой, перекрывающий первый и имеющий в 2 раза большую длину. Третий слой перекрывает второй и длиннее его на 200 - 300 мм. Так наплавляют слои до тех пор, пока на небольшом участке над первым слоем разделка не будет заполнена. Затем от этой горки сварку ведут в разные стороны короткими швами тем же способом. Таким образом, зона сварки всё время находится в горячем состоянии, что позволяет предупредить появление трещин. Каскадный метод является разновидностью горки.
Рисунок 35 - Сварка протяженных швов: а - напроход; б - от середины к концам; в - обратноступенчато, г - блоками; д - каскадом; е - горкой; А - направление заполнения разделки (стрелками указаны последовательность и направление сварки в каждом слое (1 - 5))
Техника сварки кольцевых стыков труб.
Сварка кольцевых стыков трубопроводов имеет некоторые специфические особенности. Обычно сваркой выполняют швы на трубах диаметром от десятков миллиметров до 1440 мм при толщине стенки до 16 мм и более. При толщине стенки труб из низкоуглеродистых и низколегированных сталей до 8 - 12 мм сварку можно выполнять в один слой. Однако многослойные швы имеют повышенные механические свойства, определяемые положительным влиянием термического цикла последующего шва на металл предыдущего шва, поэтому сварку труб преимущественно выполняют в два слоя и более. Рекомендуемое число слоев шва зависит от толщины стенки.
Наиболее распространена сварка труб с V-образной разделкой кромок с суммарным углом скоса кромок 50 - 60 град. Перед сваркой стыки собирают в специальном приспособлении или на прихватках.
Стыки труб можно сваривать в поворотном, когда трубу можно вращать, или в неповоротном положении. Сварку швов первого типа выполняют обычно в нижнем положении без особых трудностей, хотя сложно проварить корень шва, так как его формирование ведется чаще всего на весу. Сварка неповоротного стыка требует высокой квалификации сварщика, так как весь шов выполняют в различных пространственных положениях. Можно сваривать двумя способами: каждое полукольцо сверху вниз или снизу вверх. Первый способ возможен при использовании электродов диаметром 4 мм, дающих мало шлака (с органическим покрытием), короткой дугой с опиранием образующегося на конце электрода козырька на кромки без поперечных колебаний электрода или с небольшими его колебаниями. При сварке снизу вверх процесс ведут со значительно меньшей скоростью с поперечными колебаниями электрода диаметром 3 - 5 мм.
При окончании сварки - обрыве дуги следует правильно заварить кратер. Кратер является зоной с наибольшим количеством вредных примесей ввиду повышенной скорости кристаллизации металла, поэтому в нем наиболее вероятно образуются трещины. По окончании сварки не следует обрывать дугу, резко отводя электрод от изделия. Необходимо прекратить все перемещения электрода и медленно удлинять дугу до обрыва; расплавляющийся при этом электродный металл заполнит кратер. При сварке низкоуглеродистой стали кратер иногда выводят в сторону от шва - на основной металл. При случайных обрывах дуги или при смене электродов дугу возбуждают на еще не расплавленном основном металле перед кратером и затем проплавляют металл в кратере.
Подготовка поверхности металла под сварку и требования к сборке металлических деталей перед сваркой
Подготовка деталей под сварку заключается в правке, разметке, резке, подготовке кромок под сварку, холодной или горячей гибке.
Правку металла выполняют на станках. Листовой и полосовый металл правят на различных листоправильных вальцах. Угловую сталь правят на роликовых машинах. Двутавры и швеллеры правят на правильно-гибочных прессах кулачкового типа.
Разметка - это такая операция, которая определяет конфигурацию будущей детали. Применение разметочно-маркировочных машин с пневмокернером обеспечивает скорость разметки до ±1 мм и допускает использование программного управления. Использование газорезательных машин с масштабной фотокопировальной системой управления или программным управлением позволяет обходиться без разметки.
Механическую резку применяют для прямолинейного реза листов, иногда и для криволинейного реза листов при использовании для этой цели роликовых ножниц с дисковыми ножами. Углеродистые стали разрезаются кислородной и плазменно-дуговой резкой. По механизации эти способы могут быть ручными и механизированными. Для резки легированных сталей, цветных металлов может применяться кислородно-флюсовая или пламенно-дуговая резка.
Форма подготовки кромок металла под сварку зависит от толщины листов. Основной металл и присадочный материал перед сваркой должны быть тщательно очищены от ржавчины, масла, окалины, влаги и различного рода неметаллических загрязнений. Наличие указанных загрязнений приводит к образованию в сварных швах пор, трещин, шлаковых включений, что ведет к снижению прочности и плотности сварного соединения.
Требования к сборке металлических деталей перед сваркой. Применяемые сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать доступность к местам установки деталей, рукояткам фиксирующих и зажимных устройств, а также местам прихваток и сварки. Эти приспособления должны быть также достаточно прочными и жесткими, обеспечивать точное закрепление деталей в нужном положении и препятствовать их деформированию в процессе сварки. Кроме этого, сборочно-сварочные приспособления должны обеспечивать оптимальный порядок сборки и сварки:
- наименьшее число поворотов при наложении прихваток и сварных швов;
- свободный доступ для проверки размеров изделий и их легкий съем после изготовления;
- безопасность сборочно-сварочных работ.
Любая сборочная операция не должна затруднять выполнение следующей операции. Поступающие на сборку детали должны быть тщательно проверены. Проверке подлежат все геометрические размеры детали и подготовленная форма кромок под сварку.
Сборку сварных конструкций, как правило, осуществляют либо по разметке, либо при помощи шаблонов, упоров, фиксаторов, прижимных механизмов, стендов или специальных приспособлений- кондукторов, облегчающих сборочные операции. Точность сборки контролируют шаблонами, щупами (рисунок 36), а также измерительными приборами.
Рисунок 36 - Контроль сборки под сварку
Подготовку и сборку изделий под сварку выполняют с соблюдением следующих основных обязательных правил:
- притупление кромок и зазоры между ними должны быть равномерными по всей длине;
- кромки элементов, подлежащих сварке, и прилегающие к ним места шириной 25 - 30 мм от торца кромки должны быть высушены, очищены от грата после резки, масла, ржавчины и прочих загрязнений;
- во избежание деформаций прихватку следует выполнять качественными электродами через интервал не более 500 мм при длине одной прихватки 50 - 80 мм;
- для обеспечения нормального и качественного формирования шва нужно в начале и в конце изделия прихватывать выводные планки.
Режимы ручной дуговой сварки металлическими электродами
Под режимом сварки понимают совокупность условий, создающих устойчивое протекание процесса сварки, а именно стабильное горение сварочной дуги, получение сварных швов необходимых размеров, формы и качества. Режим сварки складывается из ряда параметров. Параметры режима сварки подразделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам режима сварки при ручной дуговой сварке относят величину, род и полярность тока, диаметр электрода, напряжение, скорость сварки и величину поперечного колебания конца электрода, а к дополнительным — величину вылета электрода, состав и толщину покрытия электрода, начальную температуру основного металла, положение электрода в пространстве (вертикальное, наклонное) и положение изделия в процессе сварки.
Выбор диаметра электрода.
Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла; марки свариваемого металла; формы разделки кромок и номера выполненного валика- шва; положения, в котором выполняется сварка; вида соединения (таблица 4).
Толщина свариваемого металла, мм | 1,5 | 2 | 3 | 4 - 5 | 6 - 8 | 9 - 12 | 13 - 15 | 16 - 20 |
Диаметр электрода, мм | 1,6 | 2 | 2 - 3 | 2 - 4 | 2 - 5 | 3 - 5 | 4 - 5 | 4 - 5 и более |
Диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемого металла выбирают в основном при сварке в нижнем положении, хотя такой выбор не исключен при сварке в других пространственных положениях. При сварке металла в нижнем положении (если не учитывать форму разделки кромок) имеется следующая экспериментальная зависимость между толщиной свариваемого металла и диаметром электрода.
Электроды диаметром 2 - 3 мм при сварке металла толщиной от 4 мм и выше применяют при выполнении первого слоя - шва.
Диаметр электрода при прочих равных условиях выбирают в зависимости от марки свариваемого металла. Для уменьшения тепловложения в основной (свариваемый) металл (для снижения возможности образования трещин), особенно при сварке закаливающихся сталей и чугуна, электрод берут диаметром 2 - 3 мм, что обеспечивает получение валика небольшого сечения.
Диаметр электрода выбирают также в зависимости от формы разделки кромок под сварку. Если разделки кромок нет, то диаметр электрода можно подбирать по выше приведенной зависимости. Если же имеется разделка кромок, то при наложении первого слоя, независимого от марки свариваемого металла, применяют электроды диаметром 2 - 3 мм и редко 4 мм. Применение электродов больших диаметров (свыше 4 мм), как правило, приводит к непровару, зашлаковыванию и образованию ряда других дефектов. Последующие слои выполняют электродами диаметром 4 мм, а если толщина металла свыше 12 мм и сварку выполняют в нижнем положении, то могут быть применены электроды диаметром 5 мм. Декоративный слой при сварке металла толщиной более 12 мм в нижнем положении можно выполнить электродами диаметром 4 мм и более. При выполнении швов в вертикальном и других пространственных положениях первый слой накладывают электродами диаметром 2 - 3 мм и редко 4 мм, а последующие слои, в том числе и декоративный слой, выполняются электродами диаметром 4 мм.
Диаметр электрода должен выбираться в зависимости от свариваемого соединения. При сварке стыкового соединения выбор диаметра электрода надо осуществлять как было сказано выше. При сварке тавровых, угловых и нахлесточных соединений существует такое правило выбора диаметра электрода:
- для швов, выполняемых в несколько слоев, первый слой делают электродами диаметром 2, 3, 4 мм. Чем ответственнее конструкция, тем меньше диаметр применяемого электрода, что способствует получению хорошего провара в корне шва, уменьшает тепловложение в основной металл, следовательно, снижает сварочные напряжения и деформации;
- для швов, выполняемых за один проход, применяют электроды диаметром 2, 3, 4, 5 и 6 мм в зависимости от толщины свариваемых листов.
Тип и марку электрода подбирают в зависимости от прочности, механических и эксплуатационных свойств сварного соединения.
Форма и размеры шва зависят от режима сварки (рисунок 37).
Рисунок 37 - Влияние на форму и размеры шва сварочного тока (а), напряжения дуги (б), скорости сварки (в)
Величина, род и полярность тока.
С увеличением сварочного тока глубина провара увеличивается, ширина шва почти не меняется (рисунок 37.а). Род и полярность тока также влияют на форму и размеры шва. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара на 40 - 50 % больше, чем при сварке постоянным током прямой полярности, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на аноде и катоде. Поэтому обратная полярность применяется при сварке тонкого металла с целью исключения прожога и при сварке высоколегированных сталей с целью исключения их перегрева. При сварке переменным током глубина провара на 15 - 20 % меньше, чем при сварке постоянным током обратной полярности.
Род и полярность тока выбирают по типу электродного покрытия, марке свариваемого металла, толщине свариваемого металла.
Напряжение дуги.
Напряжение на дуге изменяется пропорционально длине дуги. При увеличении длины дуги возрастает ее напряжение и поэтому увеличивается доля тепла, идущая на плавление электрода и основного металла. В результате этого ширина сварного шва увеличивается, а глубина провара и высота усиления уменьшаются (рисунок 37. б). Напряжение на дуге зависит от величины тока и диаметра электрода. Оно обычно бывает 18 - 40 В. Сварку лучше выполнять короткой дугой, где напряжение устанавливается 18 - 20 В. Длинная дуга издает резкий звук, сопровождающийся хлопками и значительным разбрызгиванием расплавленного металла. Поэтому опытный сварщик по звуку дуги может даже на некотором расстоянии судить о ее длине. С целью уменьшения длины дуги следует быстрее опускать вниз электрододержатель с электродом.
Скорость сварки.
С увеличением скорости сварки ширина сварного шва уменьшается, наряду с этим глубина провара увеличивается, это является следствием того, что жидкий металл не успевает подтекать под дугу и толщина его прослойки мала. При дальнейшем увеличении скорости сварки время теплового действия дуги на металл и глубина провара уменьшаются, а при значительной скорости сварки будет даже образовываться несплавление основного металла с металлом шва.
Наклон электрода.
Ручную дуговую сварку можно выполнять вертикальным электродом углом вперед и углом назад. В виду того что столб дуги стремится сохранить направление оси электрода, то в каждом из этих случаев форма сварочной ванны и, следовательно, форма шва будет различной. При сварке углом вперед, как правило, жидкий металл подтекает под дугу, поэтому глубина провара и высота усиления уменьшаются, а ширина шва увеличивается. При сварке углом назад жидкий металл давлением дуги вытесняется из-под нее, поэтому глубина провара и высота усиления увеличиваются.
Наклон изделия.
В зависимости от расположения соединений на изделии или от наклона изделия ручная дуговая сварка может быть выполнена на горизонтальной плоскости, на подъем и спуск. Влияние наклона изделия и пространственного расположения соединений на изделии на форму шва примерно такое, что и влияние наклона электрода. При сварке на подъем расплавленный металл под действием собственного веса вытекает из-под дуги, в результате чего увеличиваются глубина проплавления и высота усиления, а ширина шва уменьшается. При сварке на спуск жидкий металл подтекает под дугу, что уменьшает глубину проплавления и увеличивает ширину шва.
Предварительный подогрев и последующую термическую обработку выполняют в случаях, когда металл склонен к образованию закалочных структур, например, закалочные структуры образуются в сварных соединениях при сварке средне- и высокоуглеродистых сталей, низколегированных, теплоустойчивых и высоколегированных сталей и т. д., и когда металл обладает значительной теплопроводностью и теплоемкостью (медь и др.).
Положение в пространстве, при котором выполняется сварка.
Ручную дуговую сварку практически можно выполнять во всех пространственных положениях: нижнем, в лодочку, полувертикальном, вертикальном, полугоризонтальном и горизонтальном, а также полупотолочном и потолочном. Возможность выполнения сварки в том или ином положении зависит прежде всего от марки свариваемого металла и типа покрытия электрода.
Выбор сварочного тока.
Сварочный ток устанавливают в зависимости от диаметра применяемого электрода и пространственного положения, в котором выполняется сварка.
Для сварки в нижнем положении сварочный ток может быть определен по формуле
Iсв = К*dэ,
где Iсв - сварочный ток, А;
К - коэффициент пропорциональности, зависящий от диаметра и типа электрода, А/мм; dэ - диаметр электрода, мм.
При сварке низкоуглеродистых сталей значения К следующие: Диаметр электрода, (бэ), мм 1 - 2 3 - 4 5 - 6;
Коэффициент пропорциональности, А/мм 25 - 30 30 - 45 45 - 60.
При сварке в вертикальном положении сварочный ток выражается по формуле
Iсв = 0,9 dэ,
где 0,9 - коэффициент, учитывающий снижение сварочного тока при сварке в вертикальном положении.
При сварке в потолочном положении сварочный ток равен
Iсв 0,8 dэ,
где 0,8 - коэффициент, учитывающий снижение сварочного тока при сварке в потолочном положении.